Название волокон технического назначения произошло от «carbon», «carbone» — в переводе означающих «углерод». Тонкие нити из этого сырья нашли широкое применение во многих отраслях от аэрокосмической отрасли до текстильной промышленности. Рассмотрим детально, что такое карбон.
Описание
Карбон – это многослойный композиционный материал. Основа полотен выполнена из углеродного волокна, пропитана термореактивными полимерными смолами.
При малом весе такой материал демонстрирует сверхпрочность. К сведению: детали, выполненные из карбона, по жесткости и износостойкости превосходят аналогичные из алюминия.
Из чего изготавливают карбон — состав
В процессе формирования карбоновых тканей основным сырьем являются полимерные материалы, органической сырье и термореактивные смолы.
Углеродное волокно (carbon fiber) – разновидность полотен, полученных разными способами переплетения. Иногда карбоновые нити в текстиле укладывают в полимерную матрицу, закрепляя стежками до заливки связующими компонентами.
При применении ткацких переплетений применяют способы: рогожка, елочка и другие. Такие полотна демонстрируют растяжимость, но плохо реагируют на сжатие и изгиб. Наиболее известные торговые наименования этого типа полотен: Plain, Twill, Satin.
Углепластик (carbon fiber reinforced polymer) – это полимер, армированный карбоновым волокном. Свойства материала зависят от добавок, вводимых в матрицу (например, кремнезем, углеродные нанотрубки, резина).
Сложность переплетения карбоновых нитей обусловлена невысокими показаниями стойкости на изгиб в отличие от стандартных материалов. Производителями разработан ряд техник, позволяющих получить различные виды основ.
Слои материалов пропитывают смолами и скрепляют путем наматывания или прессования. Карбоновая ткань толщиной в 1 мм состоит из 4–5 слоев.
Процесс производства
В производстве карбонового волокна используют полимеры и органическое сырье, подвергающиеся термической обработке. Обугливание происходит при температуре +250◦С на открытом воздухе в течение 24 часов.
Из подготовленного сырья получают тончайшие нити углерода диаметром от 3 до 15 мкм. На следующем этапе проводится карбонизация – прокаливание нитей в автоклаве при температуре 800 — 1500◦С. Во время этого процесса осуществляется пиролиз. Из сырья улетучиваются инертные компоненты, меняется структура химических связей.
В зависимости от назначения и технологии производства волокна режут (штапелированные) или делают непрерывными, наматывая на бобины. В производстве полотен применяют два метода: сухой и мокрый. Оба способа предусматривают воздействие на углеродные нити высоким давлением при определенных температурах.
Готовые полотна скрепляют полиэфирными, винилэфирными или эпоксидными смолами. Затем при необходимости проводят армирование с использованием каучука, кевлара и других компонентов.
Технические характеристики
В таблице приведены свойства карбоновых материалов:
| Характеристики | Показатели |
| Тип сырья | Химическое (углерод) |
| Компоненты органического происхождения | полиакрилонитрильные, фенольные, лигниновые, вискозные волокна |
| Количество углеродных нитей в волокне, К | 1 (1000 нитей) – 50 |
| Структура | Многослойная |
| Предел прочности на разрыв, МПа | 2500–3500 |
| Модуль упругости, ГПа | 200–600 |
| Назначение | Техническая ткань |
| Тактильные качества | Легкая, жесткая, прочная |
| Способ ткацкого переплетения | Простое, сатиновое, саржевое, сложное и нетканые полотна |
| Плотность углеродных волокон, гр./м3 | 1,7 – 1,9 |
| Плотность, гр./м2 | 200–470 |
| Стандартная ширина полотен, см. | 100, 150 |
| Водоупорность | Высокая |
| Гигроскопичность, % | 1–5 |
| Скорость впитывания влаги | Низкая |
| Воздухопроницаемость | Незначительная |
| Паропроводимость | Средняя |
| Термостойкость | До 2000◦С |
| Способность накапливать статическое электричество | Средняя |
| Эластичность | Высокая |
| Прочность и износостойкость | Высокие |
| Способы окрашивания | Легко поддается окрашиванию и нанесению принтов. Чаще всего черные полотна с серыми вкраплениями, серые, серебристые. |
| Производитель | Япония, Тайвань, Россия, Китай |
| Виды материала | Plain, Twill, Satin |
| Стандартизация | ГОСТ Р 58062 – 2018 |
| Цена | Высокая, от 760 ₽ за 1 метр |
Плюсы и минусы
К плюсам карбоновых тканей стоит отнести такие качества:
Из недостатков стоит отметить такие:
Виды
Наиболее известные в текстильной промышленности материалы:
- Plane Weave, Р – материя прочная и жесткая. Применяется для крупных изделий. Изготавливают с применением простого переплетения волокон 1х1.
- Twill, Т – ткани, основное назначение которых – производство автомобильных деталей. В них используется переплетение 2х2 (через 2 нити).
- Satin WEAVE, R – гибкие полотна, пригодные для изготовления сложных форм. Ткань сложного переплетения с низкой плотностью.
- Leno, Basket Weave – корзиночное переплетение. Этот материал используется при производстве особо прочных и декоративных изделий.
Применение карбона
Карбоновая ткань впервые была разработана в качестве материала для космической отрасли. Высокие эксплуатационные свойства, углеродных волокон обеспечили им быстрое распространение в других сферах: автомобильной, авиационной, строительной, медицинской, энергетической, судостроительной.
Карбон используется в изготовлении спортивной амуниции, рыболовных снастей, фильтров, аксессуаров, электроники, декоративных изделий, специальной одежды. Нетканые образцы применяют в качестве изоляционных материалов в трубопроводах.
Безопасный для здоровья материал используется в производстве линии для оздоровления. Электротекстиль в связи с высоким показателем температуры плавления (450 градусов в воздушной среде) применяют в изготовлении грелок, электропростыней, в качестве изоляционного материала в системах «теплый пол».
УВ используются для изделий леченого назначения. Полиакрилонитрил (ПАН) в производстве карбоновых материалов используется в качестве композита, как сверхпрочное конструкционное сырье. Вискозное волокно дополняет и замещает графит там, где необходим лечебный эффект.
Морфологическая структура волокна позволяет образовывать стабильные цепи. Воздух, проходя сквозь переплетения карбоновых нитей, насыщает их отрицательными частицами (ионами). Лечебный эффект достигается благодаря таким качествам:
- высокие сорбционные свойства;
- сохранение инфракрасного излучения, исходящее от источника (человека).
Данные способности улучшают регенерацию поврежденных тканей вдвое быстрее, чем при использовании лекарственных средств. УВ снимают воспаления и отечность, стимулируют иммунную систему. Из карбоновых тканей производят жгуты, салфетки, жгуты подушки и одеяла.
Углеродные нити на вискозной основе используют в производстве трикотажных изделий. Шорты, наколенники, маски, вкладыши для постельного белья – далеко не полный список изделий медицинского назначения.
Сколько стоит карбон
Многие задаются вопросом: сколько стоит карбон, и почему материал химического происхождения достаточно дорогой. Для сравнения: 1 кг промышленной стали стоит в 20 раз ниже углерода.
Такое соотношение объясняется особенностями технологии и высокой долей ручного труда при изготовлении волокон. Химическая промышленность не стоит на месте. С внедрением автоматизации цена на карбоновые ткани в будущем будет снижаться.
Уход
Прочное и стойкое полотно требует специального ухода. Прежде всего, необходимо тщательно осматривать поверхность на предмет сколов и повреждений. УФ-лучи делают его уязвимым. Поэтому для изделий, находящихся под воздействием солнца, важно покрытие специальным лаком или эмалью.
Отзывы
Имеется ли у углепластиков формула? Если да, то какая? Если нет, почему?
Здравствуйте! Нет формулы, так как это пропитанная ткань углеволокна и смолы.