Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 мкм, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу; выравнивание кристаллов придаёт волокну большую прочность на растяжение. [1]
Рисунок 1. Углеродное волокно [1]
Впервые углеродное волокно было запатентовано в 1880 году Томасом Эдисоном в качестве нитей для накаливания в электрических лампах. Но интерес к нему появился значительно позже, лишь в конце 1950-х годов. Углеродное волокно, как оказалось, очень подходило в качестве армирующего материала при строительстве ракетных двигателей.
В таблице 1 приведены свойства углеродных волокон.
Таблица 1.
Свойства углеродных волокон [2]
Волокнистый материал |
Углеродные волокна |
Удельная плотность, г/см3 |
1,7-2 |
Прочность, ГПа |
0,5-1 |
Модуль Юнга, ТПа |
0,2-0,6 |
Предел прочности, ГПа |
1,7-5 |
Удлинение при разрыве, % |
0,3-2,4 |
Удельная теплопроводность, Вт/м·К |
8-105 |
Электропроводность, См/м |
6,5-14×106 |
Углеродные волокна чаще всего применяют для армирования такого полимерного материала, как углепластик.
Углепластик — это композиционный многослойный материал, представляющий собой полотно из углеродных волокон в оболочке из термореактивных полимерных (чаще эпоксидных) смол. [3]
Углепластик обладает уникальными эксплуатационными характеристиками. При, сравнительно со сталью, небольшой массе он характеризуется высокой жёсткостью, прочностью и износостойкостью.
Преимущества углепластика:
- большой предел прочности на разрыв;
- высокие упругие показатели;
- хорошая усталостная прочность;
- температурная стойкость с сохранением всех свойств и формы даже при нагревании до 2000 градусов по Цельсию;
- хорошая теплоемкость;
- высокая электропроводность;
- неподверженность коррозии;
- химическая инертность;
- низкая ползучесть;
- способность эффективно гасить механические вибрации.
Недостатки углепластика:
- подвержен выгоранию и выцветанию, чего можно избежать, покрыв его эмалью или лаком;
- чувствителен к точечным механическим ударам;
- чтобы устранить опасность коррозии металла в областях его контакта с карбоном, приходится вести монтаж вставок из стекловолокна;
- пока не решен вопрос утилизации и повторного использования.
Углепластик можно использовать в качестве материала для изготовления кабин и органов управления таких видов строительной техники, как: бульдозеры, экскаваторы, скреперы, самосвалы и т. д. Благодаря уменьшению массы на единицу мощности повысится производительность этой техники.
Список литературы
- Углеродное волокно. — Текст : электронный // Википедия : [сайт]. — URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Углеродное_волокно (дата обращения: 29.01.2023).
- Белова, Н. А. Композитные материалы на основе углеродных волокон / Н. А. Белова. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2015. — № 24.1 (104.1). — С. 5-7. — URL: https://moluch.ru/archive/104/23577/ (дата обращения: 29.01.2023).
- Карбон — что это такое. — Текст : электронный // Техноконсалтинг : [сайт]. — URL: https://engitime.ru/statyi1/raznoe/chto-takoe-ugleplastik-karbon.html (дата обращения: 29.01.2023).
- Углеродные волокна. — Текст : электронный // МВМ : [сайт]. — URL: http://www.mvmplant.com/materials/uglevolokno.html (дата обращения: 29.01.2023).
- Углепластик: достоинства и недостатки. — Текст : электронный // Композит-С : [сайт]. — URL: https://composit-s.ru/ugleplastik-dostoinstva-i-nedostatki/ (дата обращения: 29.01.2023).