Перспективы применения углеволоконных композитных материалов в строительной технике

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]

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.