Карбоновая ткань - углеродная материя из сверхпрочных нитей
Карбон – ткань технического предназначения, состоящая из углеродных волокон. Превосходит традиционные металлы по многим характеристикам. При крайне малом весе обладает сверхпрочностью, высокой стабильностью и сопротивляемости усталости. Благодаря таким свойствам, карбон незаменим во многих областях: ракето- и авиастроении, энергетике, строительстве, профессиональном спорте.
Описание и суперсвойства ткани
Карбон – это технический материал, сплетенный из тонких нитей углерода и скрепленных клеящими составами. Цвет ткани обычно черный, но чаще с серыми включениями.
На поверхности четко прослеживается геометрический рисунок, образуемый переплетением нитей. Узор бывает разным, все зависит от примененной ткацкой техники.
Карбон необычайно легкий, одновременно прочный, устойчивый к сверхвысоким температурам, механическим нагрузкам. Хорошо укладывается на выпуклые поверхности, поддается резке, долго служит без ущерба свойствам и внешнему виду.
Факт. Детали из карбоновой ткани жестче конструкционной стали на 14 %, алюминия – на 18%.
Изготовление и состав
Карбоновое полотно делают из тончайших нитей углерода диаметром 3-15 мкм, которые получают из полимерных материалов или органических волокон методом окисления, т. е. термической обработкой. Обугливание проводится в воздушной среде на протяжении суток при постоянной температуре 250 °C.
Затем углеродное волокно подвергают карбонизации. Материал помещают в автоклав с инертным газом, прокаливают при 800-1500 °C. Во время термической обработки происходит пиролиз: из волокон уходят летучие компоненты, а в структуре образуются новые связи. Далее готовый продукт проходит графитизацию – максимальное насыщение углеродом в автоклаве с инертным газом при 1600-3000 °C. Чем выше температура и дольше процесс, тем качественней, прочней становится волокно.
В зависимости от примененной технологии углеродные нити бывают резаными короткими или непрерывными (наматываются на бобины).
Изготовление углепластиковой ткани начинается с карбоновой сетки, для которой используются разные способы плетения: полотняное, саржевое, жаккардовое, сатиновое. Чтобы придать углепластику прочность и надежность, нити укладывают под определенным углом, меняя его каждый раз в следующем слое.
Готовое основовязаное полотно карбона скрепляют клеящими составами. Обычно применяются различные смолы: полиэфирные, винилэфирные, эпоксидные.
В производстве карбоновой ткани используют два метода:
| Способ | Особенности |
|---|---|
| Мокрый | Подготовленную сетку из волокон укладывают в автоклав в специальную форму. Пропитывают эпоксидными смолами, затем подвергают давлению свыше 10 атм. и полимеризации при 150 °C |
| Сухой | Для отвержения волокон используют более высокое давление – до 32 атм., температуру 200 °C. Благодаря этому получают карбон слоем 0,5 мм – тоньше, чем при мокром способе. |
Справка. Углеродные нанотрубки – усовершенствованный вид углепластика. Небольшой отрезок нити диаметром 1 мм выдерживает груз 20 т!
В зависимости от предназначения основовязаной ткани, углеродные волокна подвергаются дополнительному армированию. Процесс проводят с помощью каучука, кевлара, пр. материалов.
Сильные и слабые стороны
Углеродная ткань обладает массой преимуществ по сравнению со стеклопластиком и другими материалами. Стоимость ее выше, поскольку производится по сложной многоступенчатой технологии с использованием дорогостоящих добавок на специальном оборудовании.
Достоинства карбоновой ткани:
- Небольшой вес по сравнению с металлами.
- Высокая термостойкость: выдерживает без деформации и потери свойств подогрев до 2000 °C.
- Безопасность: при ударах крошится, а не рассыпается на острые осколки.
- Демпфирующая способность: карбон отлично гасит вибрацию.
- Высокая теплоемкость.
- Высокая степень упругости, прочности на разрыв.
- Декоративный внешний вид.
Если сравнивать с металлом или стекловолокном, то у ткани из углеродного волокна обнаруживаются недостатки:
- Уязвимость к точечным ударам.
- Сложность ремонта царапин, трещин, сколов.
- Неустойчивость к ультрафиолету: выгорает под солнечными лучами, поэтому нуждается в лакированном или эмалевом защитном покрытии.
- Сложность, длительность и дороговизна изготовления.
- Подверженность коррозии в местах стыка с металлом, поэтому в этих участках требуются стекловолоконные вставки.
- Сложность и затратность повторного использования.
Применение необычной ткани
Изначально карбон материал задумывался для космической сферы. Но вскоре углеродное волокно оказалось незаменимым в других областях. Сегодня карбон применяется практически во всех сферах, где требуются особо прочные и надежные материалы.
Основные области использования ткани карбон:
- авиационная промышленность;
- изготовление деталей для спортивных машин;
- энергетика;
- теплоизоляционная продукция;
- производство медтехники;
- спортивное оборудование, снаряжение;
- строительство.
Благодаря уникальной гибкости, ткань удобна для раскроя, резки, пропитки различными составами. Заготовки из карбона поддаются шлифовке, полировке и окрашиванию. Ткань применяется для изготовления промышленных и самодельных вещей.
К сведению. Карбон часто используется автомобилистами в декоративных целях. Элементы и вставки наклеиваются на машину для создания запоминающегося образа. В дизайне появился термин "под карбон", подразумевающий узор в черно-серую шахматку.
Заключение
Углеткань карбон по праву считается передовым материалом, поскольку обладает уникальными эксплуатационными характеристиками. Ученые, постоянно работающие над его усовершенствованием, не зря считают, что за ним будущее.
