Углеродное волокно- безусловно, наиболее широко используемое волокно




Углеродное волокно- безусловно, наиболее широко используемое волокно в высокопроизводительных приложениях — производится из различных прекурсоров, включая полиакрилонитрил (PAN), вискозу, смолу, а также биологические, богатые углеродом прекурсоры, такие как лигнин или PAN на биологической основе. . Волокна-предшественники химически обрабатываются, нагреваются и растягиваются, а затем карбонизируются для создания высокопрочных волокон. Первые представленные на рынке углеродные волокна с высокими эксплуатационными характеристиками были изготовлены из предшественника вискозы. Углеродные волокна на основе PAN уже давно заменили вискозу в конструкционных приложениях, но ее «собачье» поперечное сечение и высокотемпературные характеристики часто делают его предпочтительным для композитов углерод / углерод (C / C) в абляционных теплозащитных экранах. Углеродные волокна на основе ПАН — самые универсальные и широко используемые.

Они обладают удивительным набором свойств, в том числе превосходной прочностью — до 1, 000 тысяч фунтов на квадратный дюйм — и высокая жесткость. Пековые волокна, изготовленные из нефтяных или каменноугольных пеков, имеют жесткость от высокой до чрезвычайно высокой и от низкого до отрицательного осевого коэффициента теплового расширения (КТР). Их свойства CTE особенно полезны в космических аппаратах, требующих управления температурой, например, в корпусах электронных приборов.

Свойства углеродного волокна стимулируют поиск альтернативных и менее дорогих исходных материалов, таких как лигнин, полученный из отходов целлюлозы и бумаги. Усилия по исследованиям таких недорогих волокнистых материалов становятся все более популярными, и они становятся жизнеспособными коммерческими вариантами армирования, благодаря исследовательским усилиям Национальной лаборатории Ок-Ридж (Ок-Ридж, Теннесси, США) и других групп. имеют жесткость от высокой до чрезвычайно высокой и осевой коэффициент теплового расширения (КТР) от низкого до отрицательного.

Их свойства КТР особенно полезны в космических аппаратах, требующих управления температурой, например в корпусах электронных приборов. Свойства углеродного волокна стимулируют поиск альтернативных и менее дорогих исходных материалов, таких как лигнин, получаемый из отходов целлюлозы и бумаги. Усилия по исследованиям таких недорогих волокнистых материалов становятся все более популярными, и они становятся жизнеспособными коммерческими вариантами армирования, благодаря исследовательским усилиям Национальной лаборатории Ок-Ридж (Ок-Ридж, Теннесси, США) и других групп. имеют высокую или чрезвычайно высокую жесткость и осевой коэффициент теплового расширения (КТР) от низкого до отрицательного.

Их свойства CTE особенно полезны в космических аппаратах, требующих управления температурой, например, в корпусах электронных приборов. Свойства углеродного волокна стимулируют поиск альтернативных и менее дорогих исходных материалов, таких как лигнин, получаемый из целлюлозно-бумажных отходов. Усилия по исследованиям таких недорогих волокнистых материалов становятся все более популярными, и они становятся жизнеспособными коммерческими вариантами армирования, благодаря исследовательским усилиям Национальной лаборатории Ок-Ридж (Ок-Ридж, Теннесси, США) и других групп.

Свойства углеродного волокна стимулируют поиск альтернативных и менее дорогих исходных материалов, таких как лигнин, полученный из отходов целлюлозы и бумаги. Усилия по исследованиям таких недорогих волокнистых материалов становятся все более популярными, и они становятся жизнеспособными коммерческими вариантами армирования, благодаря исследовательским усилиям Национальной лаборатории Ок-Ридж (Ок-Ридж, Теннесси, США) и других групп. Свойства углеродного волокна стимулируют поиск альтернативных и менее дорогих исходных материалов, таких как лигнин, получаемый из отходов целлюлозы и бумаги. Усилия по исследованиям таких недорогих волокнистых материалов становятся все более популярными, и они становятся жизнеспособными коммерческими вариантами армирования, благодаря исследовательским усилиям Национальной лаборатории Ок-Ридж (Ок-Ридж, Теннесси, США) и других групп.

Хотя углеродные волокна прочнее, чем стекло или арамидные волокна, они не только менее устойчивы к ударам, но также могут вызывать гальваническую коррозию металлов, с которыми они контактируют, из-за своей электропроводности. Производители преодолевают последнюю проблему, используя барьерный материал или слой вуали — часто стекловолокно / эпоксидную смолу — во время укладки ламината.

Основная форма волокна для высокоэффективного углеродного волокна — это пучки непрерывных волокон, называемые жгутом. Жгут углеродного волокна состоит из тысяч непрерывных, нескрученных нитей, при этом количество нитей обозначается числом, за которым следует «K», что указывает на умножение на 1000 (например, 12K означает количество нитей 12000). Жгуты могут использоваться непосредственно в таких процессах, как наматывание волокон или пултрузия, или могут быть преобразованы в однонаправленную ленту, ткань и другие армирующие формы (более подробную информацию о формах волокон см. В разделе «Формы армирования волокном».

Набирают популярность ткани типа «спред пак». Как следует из названия, волокна в каждом жгуте распределяются, образуя очень тонкие широкие «ленты», которые затем ткутся. Такие ткани обладают очень хорошими эксплуатационными характеристиками при очень небольшом весе. Oxeon  (Бурос, Швеция) — известный поставщик ткани для жгутной ткани под торговой маркой TeXtreme, и другие преобразователи волокна следуют этому примеру.

Арамидные волокна , изготовленные из ароматического полиамида, обеспечивают исключительную ударопрочность и хорошее удлинение (больше, чем у углерода, но меньше, чем у стекла). Стандартное высококачественное арамидное волокно имеет модуль упругости около 20 Msi, предел прочности на разрыв около 500 ksi и относительное удлинение около 3%.

Арамидное волокно, известное своей производительностью в пуленепробиваемых жилетах и ​​других бронежилетах и ​​баллистических изделиях, пользуется спросом отчасти из-за необходимости защиты персонала и брони на рынках правоохранительных органов и вооруженных сил. Свойства арамида также делают волокно отличным выбором для лопастей винта вертолетов, корпусов морских судов и спортивных товаров, где требуется ударопрочность.

Волокна бора в пять раз прочнее и в два раза жестче стали. Они изготавливаются путем химического осаждения из паровой фазы, при котором пары бора осаждаются на тонкую вольфрамовую или углеродную нить. Бор обеспечивает прочность, жесткость и легкий вес, а также обладает превосходными сжимаемыми свойствами и сопротивлением продольному изгибу. Использование композитов на основе бора варьируется от спортивных товаров, таких как удочки, валы клюшек для гольфа, лыжи и велосипедные рамы, до аэрокосмических применений, таких как обшивка оперения самолета, элементы фермы и сборные ремонтные заплатки самолетов.

Коммерчески доступный сверхвысокой — молекулярная масса (СВМ) полиэтилен (PE) волокна хорошо известны за их чрезвычайно легкий вес, высокой химической стойкостью и влаги, выдающейся стойкостью к ударным нагрузкам, противоракетных свойствами и низкой диэлектрической проницаемостью. Однако полиэтиленовые волокна имеют относительно низкое сопротивление растяжению при длительной нагрузке, а верхний предел температурного диапазона их использования составляет около 98 ° C.

Композитные волокна из полиэтилена используются в корпусах гоночных лодок, лыжных палках, швартовных канатах для морских судов и в других областях, где требуется ударопрочность, влагостойкость и легкий вес, но не требуется экстремальная термостойкость. По крайней мере, один производитель самолетов использует высокомодульные полиэтиленовые волокна для изготовления пуленепробиваемых вставок в дверях кабины пилотов.