Типы углеродных волокон, их классификация

Сегодня на рынке большое количество углеродного волокна разного типа и назначения. Даже человеку с опытом нелегко порой нелегко в них разобраться. Они различаются по составу, свойствам, технологии изготовления, сфере применения. Производители маркируют каждое изделие, но это не всегда облегчает задачу. На данный момент единой классификации видов углеволокна не существует.

Проблема классификации

Основные параметры, по которым можно систематизировать углепластик, следующие: структурные признаки, элементный состав, способ и условия получения, используемое исходное сырье, потребительские свойства, область применения. Если рассматривать каждый вид углеволокна по критериям выше, классификация получается громоздкой и запутанной. Поэтому исследователи предлагают использовать три основных параметра для классификации: максимальная температура и содержание углерода, физико-математические показатели, область применения. Рассмотрим подробно каждый из них.

Максимальная температура и содержание углерода

Данный признак классификации был выделен из-за того, что при низкой температуре начинается процесс обогащения изделия углеродом. Спустя некоторое время образуется карбонизированное волокно разной степени. Если температура продолжит понижаться, то начинается процесс кристаллизации, и затем наступает период графита. В зависимости от максимальной температуры обработки (ТТО) и процентного содержания углерода выделяют три типа волокна:

• частично карбонизированные ТТО менее 500 градусов, содержание углерода до 90%;
• карбонизированные ТТО 800-1500 градусов, содержание углерода 91-98%;
• графитированные ТТО выше 1500 градусов, содержание углерода более 99%.

Первые два типа волокна также называют угольными и низкотемпературными.

Физико-механические показатели

В качестве основных признаков второго критерия берут показатели прочность на разрыв и упругости. Последний при термообработке с увеличением температуры тоже повышается. Прочность на стадии карбонизации растет, а затем уменьшается на стадии графитизации. Это связано с ароматическими фрагментами, которые сначала сцепляются вместе, происходит усложнение текстуры волокон. На этапе графитизации происходит порообразование, обусловленное выделением газов при реакции неорганических частиц с атомами углерода. Выделяют три основных подгруппы и одну дополнительную:

• высокопрочные: прочность 3000-7000 МПа, упругость 200-300 ГПа;
• высокомодульные: прочность 2000-3000 МПа, упругость 350-700 ГПа;
• низкомодульные: 500-1000 МПа, упругость 30-50 ГПа;
• средней прочности: прочность 1000-2000 МПа, упругость 50-150 ГПа.

Для каждого типа высокопрочных волокон определенное сочетание прочности на разрыв и упругости.

Сфера применения

Углеволокно – уникальный материал, который используется в большом количестве разных отраслей. Все сферы применения делят на три группы:

• теплозащита;
• изготовление конструкций
• производство материалов с регулируемыми физико-механическими данными

Изделия из углеволокна нашли широкое применение в быту. Большинство товаров для спорта и хобби сделаны из этого материала: лыжные палки, сапборды, рамы велосипедов, ласты и многое другое. В строительстве углеродное волокно в основном используют для усиления конструкций. Наша компания занимается таким армированием с 2000 года. За то время мы закончили более 300 объектов в Москве и по всей России.

Модифицированное углеродистое волокно

Существуют две наиболее популярные производные от стандартного волокна – карбон и углепластик. Технология производства первого схожа с процессом создания углеродного волокна. Волокна расположены хаотично, их собирают в пучки и переплетают между собой. Толщина готового полотна зависит от количества нитей. Чем их больше, тем прочнее получается материал. Производители маркируют готовый карбон 2.5, 6, 12 или 24К. Это значит, что в полотне содержится, например, шесть или двенадцать тысяч нитей. По своим характеристикам такой материал прочнее железа и стали. Производство карбона очень затратно, малейшее отклонение от утвержденных норм, и сырье теряет исходные свойства. Для контроля качества на заводах устанавливают приборы, позволяющие проводить ультразвуковую дефектоскопию, оптическую голографию и акустический контроль. Такой материал стоит недешево, поэтому его нередко применяют в качестве дополнительного усиления, а не основного элемента.

Углепластик

Еще один материал, который содержит в себе углеродное волокно. Его можно получить тремя способами: мокрый метод, намотка и прессование. В первом случае несколько полотен помещают в специальную форму, заполняя пространство между ними полиэфирной или эпоксидной смолой. Связующий элемент должен полимеризоваться, это происходит в течение суток и после этого готовое изделие извлекают из формы. При методе прессования технология близка: между слоев заливают эпоксидную смолу, и за счет большого давления связующий элемент отвердевает. Такой метод позволяет получить ребристую поверхность. В случае намотки используют нетканые и тканые материалы, сделанные в виде холста. Этот способ подходит для изготовления труб. Полотно накручивают на цилиндр нужного диаметра, между слоев наносят смолу. Так изготавливают рамы для велосипедов, лыжные палки и другие предметы подобной формы.

Перед началом работ с использованием углеродного волокна наши специалисты тщательно проверяют материал на качество. Мы выезжаем на объекты, расположенные в Московской области и других регионах.