Карбон – тканина технічного призначення, що складається з вуглецевих волокон. Перевершує традиційні метали за багатьма характеристиками. При дуже малій вазі володіє великою міцністю, високою стабільністю і опірності втоми. Завдяки таким властивостям, карбон незамінний у багатьох областях: ракето – та авіабудуванні, енергетиці, будівництві, професійному спорті.
Опис і суперсвойства тканини
Карбон – це технічний матеріал, сплетений з тонких ниток вуглецю і скріплених клеять складами. Колір тканини зазвичай чорний, але частіше з сірими вкрапленнями.
На поверхні чітко простежується геометричний малюнок, утворений переплетенням ниток. Візерунок буває різною, все залежить від застосованої ткацької техніки.
Карбон надзвичайно легкий і одночасно міцний, стійкий до надвисоких температур, механічних навантажень. Добре укладається на опуклі поверхні, піддається різанню, довго служить без шкоди властивостями і зовнішнім виглядом.
Факт. Деталі з карбонової тканини жорсткіше конструкційної сталі на 14 %, алюмінію – на 18%.
Виготовлення та склад
Карбонове полотно роблять з найтонших ниток вуглецю діаметром 3-15 мкм, які отримують з полімерних матеріалів або органічних волокон методом окислення, тобто термічною обробкою. Обвуглювання проводиться в повітряному середовищі на протязі доби при постійній температурі 250 °C.
Потім вуглецеве волокно піддають карбонізації. Матеріал поміщають в автоклав з інертним газом, прожарюють при 800-1500 °C. Під час термічної обробки відбувається піроліз: з волокон йдуть леткі компоненти, а в структурі утворюються нові зв’язки. Далі готовий продукт проходить графитизацию – максимальне насичення вуглецем в автоклаві з інертним газом при 1600-3000 °C. Чим вище температура і довше процес, тим якісніше, міцнішим стає волокно.
В залежності від застосованої технології вуглецеві нитки бувають різаними короткими або безперервними (намотуються на бобіни).
Виготовлення вуглепластиковою тканини починається з карбонової сітки, для якої використовуються різні способи плетіння: полотняне, саржеве, жакардове, сатинове. Щоб надати углепластику міцність і надійність, нитки укладають під певним кутом, змінюючи його щоразу в наступному шарі.
Готове основовязаное полотно карбону скріплюють клеять складами. Зазвичай застосовуються різні смоли: поліефірні, вінілестерові, епоксидні.
У виробництві карбонової тканини використовують два методи:
| Спосіб | Особливості |
|---|---|
| Мокрий | Підготовлену сітку з волокон укладають у автоклав у спеціальну форму. Просочують епоксидними смолами, потім піддають тиску понад 10 атм. і полімеризації при 150 °C |
| Сухої | Для відкидання волокон використовують більш високий тиск – до 32 атм., температуру 200 °C. Завдяки цьому отримують карбон шаром 0,5 мм тонше, ніж при мокрому способі. |
Довідка. Вуглецеві нанотрубки – вдосконалений вид вуглепластика. Невеликий відрізок нитки діаметром 1 мм витримує вантаж 20 т!
В залежності від призначення основовязаной тканини, вуглецеві волокна піддаються додаткового армування. Процес проводять з допомогою каучуку, кевлара, ін. матеріалів.
Сильні і слабкі сторони
Вуглецева тканина володіє масою переваг, порівняно з склопластиком та іншими матеріалами. Вартість її вище, оскільки проводиться за складною багатоступеневою технології з використанням дорогих добавок на спеціальному обладнанні.
Гідності карбонової тканини:
- Невелику вагу порівняно з металами.
- Висока термостійкість: витримує без деформації і втрати властивостей підігрів до 2000 °C.
- Безпека: при ударах кришиться, а не розсипається на гострі осколки.
- Демпфуюча здатність: карбон відмінно гасить вібрацію.
- Висока теплоємність.
- Висока ступінь пружності, міцності на розрив.
- Декоративний зовнішній вигляд.
Якщо порівнювати з металом або скловолокном, то у тканини з вуглецевого волокна виявляються недоліки:
- Вразливість до точкових ударів.
- Складність ремонту подряпин, тріщин, сколів.
- Нестійкість до ультрафіолету: вигорає під сонячними променями, тому потребує лакованому або емалевому захисному покритті.
- Складність, тривалість і дорожнеча виготовлення.
- Схильність корозії в місцях стику з металом, тому в цих ділянках потрібні скловолоконні вставки.
- Складність і витратність повторного використання.
Застосування незвичайної тканини
Спочатку карбон матеріал замислювався для космічної сфери. Але незабаром вуглецеве волокно виявилося незамінним в інших областях. Сьогодні карбон застосовується практично у всіх сферах, де потрібні особливо міцні та надійні матеріали.
Основні області використання тканини карбон:
- авіаційна промисловість;
- виготовлення деталей для спортивних машин;
- енергетика;
- теплоізоляційна продукція;
- виробництво медтехніки;
- спортивне обладнання, спорядження;
- будівництво.
Завдяки унікальній гнучкості, тканина зручна для розкрою, різання, просочування різними складами. Заготовки з карбону піддаються шліфовці, поліровці і фарбування. Тканина застосовується для виготовлення промислових і саморобних речей.
До відома. Карбон часто використовується автомобілістами в декоративних цілях. Елементи і вставки наклеюються на машину для створення незабутнього образу. У дизайні з’явився термін “під карбон”, що припускає візерунок в чорно-сіру шахматку.
Висновок
Вуглеткань карбон по праву вважається передовим матеріалом, оскільки володіє унікальними експлуатаційними характеристиками. Вчені, які постійно працюють над його удосконаленням, не дарма вважають, що за ним майбутнє.
