Карбоновая нить: что это и где применяют

Современная промышленность и строительство не обходятся без углеродной нити. Тонкие прочные волокна обладают рядом эксплуатационных преимуществ, которые обуславливают популярность материала. В этой статье разберемся, что представляет собой этот востребованный композит и где он нужен.

Как изготавливают карбон

Углеродную ткань получают из волокон углепластика, соединенных эпоксидным связующим или другими типами полимеров. Адгезивы могут различаться составом, но основой материала всегда выступает углерод. По составу материал схож с принципом изготовления обычных пластиков, однако он намного дороже. Объясняется это тем, что карбон сложно и затратно производить. А в результате получается полотно, имеющее характеристики во многом лучше, чем сталь и алюминий.

Углеродные нити получить можно только в результате физико-химических реакций, каждая из которых требует максимально точного следования технологии.

Толщина нити составляет около 0,005 – 0,1 мм и состоит только из атомов углерода (на 99%). Получают такую нить путем сжигания полимерных или органических волокон в кислородной атмосфере. Когда все компоненты выгорают, остаются только молекулы углерода. Но для того чтобы структура сохранила прочность, требуется выдержка температуры, давления, других параметров обжига в строго заданных пределах. Если допустить ошибку в показателях, материал превратится просто в пепел.

Угольная нить находится на обжиге 24 часа, затем при температуре до 1500 градусов по Цельсию ее обрабатывают в атмосфере азота или аргона. Этот процесс помогает создать прочные молекулярные связи. Когда примеси удалены, возникает новая задача — переплести волокна для получения углеродной ткани. Нити прочные на разрыв, но очень ломкие. Поэтому производители применяют специальные техники для формирования тканого или нетканого полотна.

В результате получается тончайшая ткань, которой нужна пропитка полимерными материалами. Она склеивается послойно, образуя прочный композит с рядом уникальных свойств.

Характеристики углеродного полотна

Углепластик почти не имеет ограничений в применении. В сравнении с другими композитными полотнами, полимерами он имеет ряд плюсов в эксплуатации:

• малый вес,
• стойкость к высоким и низким температурам,
• невосприимчивость к биологическим вредителям, плесени, гниению,
• устойчивость к действию влаги,
• прочность на разрыв,
• гибкость, стойкость к изломам,
• упругость.

Изделия из карбона отлично сохраняют форму, не подвержены коррозии, химически инертны. Даже те вещества, которые вызывают реакцию углерода, на углепластик не действуют.

Карбоновая нить — что это? Ткань, не нуждающаяся в дополнительной обработке. Ее не требуется красить, покрывать лаком, а декоративные покрытия могут потребоваться только для улучшения вида конструкции, покрытой карбоном.

Карбон легче алюминия примерно на 20%. При этом из углепластика можно создать изделия с меньшей толщиной, чем из металла, а по прочности они превзойдут металлические аналоги.

За счет того, что в составе материала только чистый углерод, он, в отличие от углеводородов, не горит и стойко переносит температуру до 2000 градусов по Цельсию. Полимерная масса связующего вещества исключает реакцию углерода с кислородом.

Угольная нить устойчива к старению при контакте с воздухом или под действием ультрафиолета, что выгодно выделяет этот материал на фоне, например, дерева. А от металла карбоновое полотно отличается не только высочайшей прочностью, но и химической стойкостью. Ряд веществ, вызывающих коррозию металла, не действуют на углепластиковые изделия. Это:

• растворители,
• поверхностно-активные вещества (ПАВ),
• очистители,
• промышленные загрязнения,
• агрессивные газы,
• соленая вода,
• нефтепродукты и масла.

Наконец, производство карбоновой нити обуславливает ее высокую упругость, за счет которой материал востребован во многих отраслях.

Сферы применения углеволокна

Первоначально углеродная ткань была разработана как материал для космической и авиационной промышленности, и ее применяют в этих отраслях по сей день. Для самолетостроения, производства космических аппаратов особенно важны химическая инертность, износостойкость и легкость углепластика в сочетании с легкостью полотна.

Когда производство материала стало автоматизированным и более дешевым, углепластик стал доступен и для других промышленных сфер. Например, с ним сегодня производят спортивный и туристический инвентарь и снаряды, детали оружия, экипировку военнослужащих и спортсменов. Востребована углеткань в судостроении, электронике, машиностроении и тюнинге автомобилей, кузовном ремонте.

В строительных работах без углепластика не обходится технологичное усиление конструкций (новых или эксплуатируемых). Малый вес, многофункциональность материала позволяют использовать его для армирования зданий из бетона, кирпича, камня, металла, быстро восстанавливая их несущую способность.

Карбоновая нить может применяться в текстиле для дома за счет своей способности отводить статическое электричество. Еще карбон применяют для нагревателей, универсальных для медицинской, коммунальной сфер и производства бытовой техники. Они отличаются низким расходом энергии, безопасностью, быстрым нагревом.

Карбон задействуют в изготовлении ортопедических изделий для реабилитации и снятия болей. Еще материал доступен для устройства изоляционного слоя в трубопроводах.

Технология изготовления углепластика

От обычного текстиля углеродное полотно отличается микроскопической толщиной волокон, химической чистотой. Каждая нить имеет уникальную кристаллическую структуру, а атомы углерода сильно скреплены друг с другом, что объясняет высочайшую прочность материала.

На излом волокно из углерода менее прочное, чем стандартные волокна. Но их получают с помощью особых технологий плетения, делая гибкое и плотное полотно, устойчивое к различным типам нагрузок.

После того как нити соединяют в сплетенное полотно, их пропитывают полиэфирной или эпоксидной смолой для упрочнения и повышенной гибкости. Ткань получают послойным склеиванием полотен до получения материала с требуемыми характеристиками прочности, толщины. Как правило, для углепластика толщиной 1 мм склеивают 4-5 слоев.

Плюсы и минусы углеволокна

Параметры готового материала зависят от состава связующего вещества, технологии производства. Тем не менее карбон известен многими преимуществами, которые уже перечислены в этой статье. Полотно из угольной нити безвредно для здоровья, оно может снижать вибрации и забирать на себя часть нагрузок строительных конструкций. Поэтому материал востребован в строительстве, ремонтных работах. Он не меняет площадь, геометрию помещений, поэтому подходит и для реконструкции объектов. А срок его службы исчисляется десятилетиями.

Но есть у карбонового волокна и минусы:

• Его нельзя использовать повторно;
• Оно чувствительно к точечным ударам;
• Его сложно ремонтировать, утилизировать.

Если углеродная ткань контактирует с металлом, нужно, чтобы в его составе было стекловолокно. А чтобы сохранить упругость слоя, не допустив изломов или выгорания, поверх карбонового покрытия нужно наносить лак, эмаль или другое защитное покрытие.

Еще один недостаток материала — высокая стоимость. Она вполне оправдана впечатляющими свойствами этого полотна, но использовать его могут не все.

К минусам материала относят и необходимость соблюдения технологии при монтаже на строительных объектах или в промышленном цеху. При работе с карбоном обязательно подбирать качественные адгезивы, которые улучшат характеристики углепластика, а не снизят их. Монтаж тоже лучше доверять специалистам, которые могут правильно выполнить обвязку конструкций карбоном.

Усиление углепластиком в Москве

Чтобы использовать современный армирующий материал — карбон — для своего объекта, обратитесь в «Вармастрой». Мы работаем с углепластиком давно, поэтому четко выполняем технологические процессы и гарантируем отличный результат от укрепления углеволокном. Для каждого проекта мы проводим индивидуальные расчеты затрат, разрабатываем проект усиления углепластиком. А опытная команда быстро и качественно выполняет каждый этап работ. Выбирайте актуальные строительные решения в Москве, Московской области.