Волокно вуглецеве: властивості, фото, отримання, використання

Передові галузі промисловості і будівництва за останній час освоїли чимало принципово нових технологій, велика частина яких пов`язана з інноваційними матеріалами. Звичайний користувач міг помітити прояв даного процесу на прикладі будматеріалів з включенням композитів. Також в автомобілебудуванні впроваджуються карбонові елементи, що підвищують експлуатаційні якості спорткарів. І це далеко не всі напрямки, в яких задіяні вуглепластики. Основою для даного компонента виступають вуглецеві волокна, фото яких представлено нижче. Власне, в неперевершених техніко-фізичних якостях і полягає унікальність і активне поширення композитів нового покоління.

Відео: Вуглецеве волокно. Композит. Препреги - СКМ.

технологія отримання

Для виробництва матеріалу використовують сировину у вигляді природних або хімічних волокон органічного походження. Далі, в результаті спеціальної обробки, від вихідної заготовки залишаються тільки вуглецеві атоми. Головною впливає силою є температура. Технологічний процес передбачає виконання кількох етапів термообробки. На першій стадії відбувається окислення первинної структури в умовах температурного режиму до 250 ° C. На наступному етапі отримання вуглецевих волокон переходить в процедуру карбонізації, в результаті якої матеріал нагрівається в азотному середовищі при високих температурах до 1500 ° C. Таким чином формується графітоподібний структура. Завершує весь процес виготовлення фінальна обробка у вигляді графитизации при 3000 ° C. На цій стадії вміст чистого вуглецю в волокнах досягає 99%.

Де застосовується волокно вуглецеве?

Якщо в перші роки популяризації матеріал використовувався виключно в вузькоспеціалізованих областях, то сьогодні спостерігається розширення виробництв, в яких задіюється дане хімволокно. Матеріал досить пластичний і різнорідний в плані можливостей експлуатації. З великою ймовірністю області застосування таких волокон будуть розширюватися, але вже сьогодні оформилися базові типи представлення матеріалу на ринку. Зокрема, можна відзначити будівельну сферу, медицину, виготовлення електротехніки, побутових приладів і т. Д. Що стосується спеціалізованих областей, то використання вуглецевих волокон і раніше актуально для виробників авіатехніки, медичних електродів і радиопоглощающих матеріалів.

Відео: "зелена хімія" БГУ - целюлозні волокна GREENCEL

форми виготовлення

В першу чергу це термостійкі текстильні вироби, серед яких можна виділити тканини, нитки, трикотаж, повсть і т. Д. Більш технологічним напрямом є виготовлення композитів. Мабуть, це найбільш широкий сегмент, в якому представлено волокно вуглецеве як основа виробів для серійного виробництва. Зокрема, це підшипники, термостійкі вузли, деталі і різні елементи, які працюють в умовах агресивних середовищ. Переважно композити орієнтовані на ринок автомобілебудування, однак і будівельна галузь досить охоче розглядає нові пропозиції від виробників даного хімволокна.

Відео: Застосування графена - Сергій Морозов

властивості матеріалу

Специфіка технології отримання матеріалу наклала свій відбиток на експлуатаційні якості волокон. В результаті висока термічна стійкість стала головною відмінною рисою структури таких виробів. Крім теплових впливів, матеріал стійкий і до хімічних агресивних середовищ. Правда, якщо в процесі окислення при нагріванні присутній кисень, це згубно позначається на волокнах. Зате механічна міцність вуглецевого волокна може скласти конкуренцію багатьом традиційним матеріалам, які вважаються твердотільними і стійкими до пошкоджень. Це якість є особливо актуальним в карбонових виробах. Ще однією властивістю, яке користується попитом серед технологів різної продукції, є здатність абсорбції. Завдяки активній поверхні дане волокно можна розглядати в якості ефективної каталітичної системи.

Відео: Карбон (Carbon) Відео урок виготовлення матриці.

Виробники

Передовиками в сегменті є американські, японські і німецькі компанії. Російські технології в цій галузі практично не розвивалися останніми роками і як і раніше базуються на розробках часів СРСР. На сьогоднішній день половина виготовляються в світі волокон припадає на частку японських компаній Mitsubishi, Kureha, Teijin і ін. Іншу частину ділять між собою німці і американці. Так, з боку США виступає компанія Cytec, а в Німеччині волокно вуглецеве виробляє фірма SGL. Не так давно в список лідерів цього напрямку увійшло і тайванське підприємство Formosa Plastics. Що стосується вітчизняного виробництва, то розробками композитів займаються лише дві компанії - «Аргон» і «Хімволокно». При цьому серйозні досягнення за останні роки зробили білоруські та українські підприємці, які освоюють нові ніші для комерційного використання углепластиков.

Майбутнє вуглецевих волокон

Оскільки деякі види углепластиков вже найближчим часом дозволять випускати вироби, здатні зберігати початкову структуру мільйони років, багато фахівців пророкують перевиробництво подібної продукції. Незважаючи на це, зацікавлені компанії продовжують вести гонку технологічних оновлень. І багато в чому це виправдано, так як властивості вуглецевих волокон на порядок перевершують аналогічні якості традиційних матеріалів. Досить згадати міцність і термостійкість. Виходячи з цих переваг розробники і освоюють нові напрямки розвитку. Впровадження матеріалу, швидше за все, буде охоплювати не тільки спеціалізовані сфери, але і близькі до масового споживача області. Наприклад, звичайні пластикові, алюмінієві і дерев`яні елементи можуть замінюватися вуглепластиком, який по цілому ряду експлуатаційних якостей буде перевершувати звичні матеріали.

висновок

Широкому поширенню інноваційного хімволокну заважають багато факторів. Одним з найістотніших є висока вартість. Оскільки волокно вуглецеве вимагає задіяння високотехнологічного обладнання для виготовлення, його отримання може собі дозволити далеко не кожна компанія. Але і це не найголовніше. Справа в тому, що далеко не у всіх сферах виробники зацікавлені в таких радикальних змінах якості продукції. Так, підвищуючи довговічність одного елемента інфраструктури, виробник не завжди може виконати аналогічну модернізацію на суміжних компонентах. У підсумку виходить дисбаланс, який зводить до нуля всі досягнення нових технологій.