Углеродное волокно - История изменений

Mlozhkina в 19:43, 29 декабря 2015

2015-12-29T19:43:51Z

Mlozhkina в 19:37, 29 декабря 2015

2015-12-29T19:37:43Z

Mlozhkina в 19:36, 29 декабря 2015

2015-12-29T19:36:29Z

Ipilipenko: Новая страница: «'''Введение''' ---- Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких ните…»

2015-12-29T14:17:00Z

Новая страница: «'''Введение''' ---- Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких ните…»

Новая страница

'''Введение'''

----
Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода, которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Углеродное волокно используется для производства углепластиков методом оплетки и в качестве сырья для производства углеродных тканей, препрегов жгутов, фибры, углеродных композиционных материалов.

'''История'''

----
Впервые углеродное волокно было получено ученым Томасом Эдисоном в конце 1800х годов, оно использовалось в качестве элемента накаливания в первых лампочках. Для получения первых углеродных волокон использовались материалы на основе целлюлозы, такие как бамбук и хлопок.
В строительной отрасли углеволокно активно начинает применяться в конце XX века – начале XXI. Главными факторами мотивирующими развитие и внедрение материалов на основе углеродного волокна можно считать, заинтересованность производителей композитов в реализации продукции, подготовленность научной базы к созданию новых материалов, потребность в инновационных материалах обладающих высокими характеристиками.

'''Применение'''

----
До 1972 г. объем применения УВ был очень незначительным (менее 10 тонн в год) и ограничивался почти исключительно авиационной и космической промышленностью, но даже и в этих областях УВ применялись только для самых передовых образцов техники. Эта ситуация кардинально изменилась в 1973 г., когда началось массовое производство клюшек для гольфа на основе УВ, после чего спрос на УВ внезапно подскочил.
УВ применяются в основном в качестве армирующих элементов композиционных материалов с различными типами матриц. Общепринятым названием таких материалов является термин углеродные композиционные материалы. В случае применения в качестве матрицы полимеров такие материалы называются углепластиками. В ряду всех известных конструкционных материалов углеродные композиционные материалы отличаются чрезвычайно высокими удельными прочностью и упругостью, что обусловлено уникальными свойствами армирующих элементов – УВ. Это способствует все более широкому внедрению углеродных композиционных материалов, в частности, углепластиков, в самых ответственных наукоемких отраслях техники.
Применение углеродного волокна в строительстве,как отмечалось выше, обусловлено в первую очередь высокими физико механическими характеристиками (относительно традиционных армирующих материалов), высокой стойкостью к действию концентрированных горячих водных растворов кислот и щелочей. Однако все же химическая и коррозионная стойкость композитов определяется связующими. Помимо этого изделия на основе углеволокна значительно легче стальных, более выгодны с точки зрения трудоемкости работ в сфере усиления конструкций. Свое применение изделия с применением углеродного волокна нашли преимущественно в усилении конструкций в районах с высокой сейсмической активностью, в конструкциях находящихся в агрессивной среде.

'''Технология получения'''

----
Т.А. Эдисон в 1880 году первым запатентовал получение углеродного волокна путем прокаливания хлопчатобумажной нити, которая использовалась в качестве элемента накаливания в электрических лампах. В течение следующих 20 лет он предложил получать УВ из различных природных волокон.
В настоящее время углеволокно получают путем высокотемпературных превращений без доступа воздуха (процесс пиролиза) из полимерных волокон- предшественников (прекурсоров), дающих наибольший выход углеродного остатка при пиролизе. Их структурно-химические особенности полностью определяют применяемую технологию. Такими предшественниками могут быть волокна из полиакрило- нитрила, обычный и жидкокристаллический (мезофазный) пеки, искусственный шелк, гидратцеллюлозы, феноло- формальдегидная смола и др. В зависимости от природы прекурсора и режимов производства получают УВ с различными свойствами. Это могут быть: высокопрочные и высокомодульные волокна с повышенной прочностью и удлинением, а также многоцелевые УВ общего назначения.

'''Свойства углеродных волокон'''

----
Вследствие глубоких химических превращений при высокотемпературной обработке и удаления летучих продуктов происходит уменьшение массы волокон, так что выход волокна в виде углерода составляет:

1 Для волокон на основе вискозного прекурсора: карбонизо-
ванных – 25 – 35 %, графитизированных – 23 – 30 %;

2 Для волокон на основе полиакрилонитрильного прекурсора:
карбонизованных – 45 – 50 %, графитизированных – 40 – 50 %.

Химический состав и структура УВ зависят от состава исходных волокон-прекурсоров и условий их получения. С повышением температуры термообработки содержание углерода увеличивается от 80 до 99,5 %. По максимальной температуре термообработки и элементному составу все УВ можно подразделить на три вида:

1 Частично карбонизованное (температура обработки < 500ºС, содержание углерода до 90%);

2 Карбонизованное (температура обработки 500-1000ºС, содержание углерода 91-99%);

3 Графитизированное (температура обработки >1500ºС, содержание углерода >99%);

В структуре УВ содержатся также атомы кислорода, азота,кремния, фосфора в зависимости от технических добавок, а на поверхности различные функциональные группы - преимущественно кислородсодержащие: гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и др.
УВ сохраняют надмолекулярную структуру волокон-прекурсоров и включают фибриллярные образования с чередованием аморфных и кристаллических областей. С увеличением температуры и натяжения при термической обработке степень ориентации и кристалличность УВ возрастают.
Микроструктура УВ характеризуется высокой пористостью,
создающей большую внутреннюю поверхность, достигающую 50 – 400 м2/г и до 1000 – 1500 м2/г после специальной активации.
УВ малогигроскопичны, но вследствие развитой поверхности они сорбируют водяные пары до 0,2 – 3,0 %, что, однако, мало влияет на механические свойства.
УВ обладают абсолютной фотохимической и атмосферостойкостью, высокой устойчивостью к действию проникающей радиации, хемостойкостью ко многим видам реагентов: концентрированным растворам кислот и щелочей, всем видам растворителей, умеренным окислителям. На них оказывают действие только сильные окислители при нагревании. УВ также абсолютно биостойки и биоинертны.
Термические свойства УВ существенно зависят от характера окружающей атмосферы. На воздухе УВ окисляются при повышенных температурах. Поэтому их температура длительной эксплуатации не превышает 300 – 400 ºС. В инертной среде температура длительной эксплуатации составляет 400 – 600 ºС. В условиях кратковременного нагрева в инертной или восстановительной среде они выдерживают температуру 1500 – 2000 ºС и даже до 2500 – 3000 ºС.
УВ обладают полупроводниковыми свойствами. Варьируя условия термической обработки, вводя легирующие добавки (бор, щелочные металлы) или формируя проводящие области из различного типа электропроводящих легирующих добавок, можно в широком диапазоне изменять электропроводность УВ.
Обработкой УВ окислителями, концентрированными растворами кислот (азотная, серная, фосфорная) и другими реагентами получают УВ-катионообменники. Путем аминирования (с предварительным хлорированием или без него) в парах аммиака, пиридина при нагревании получают УВ-анионообменники. Введением в исходные волокна-прекурсоры или в УВ солей различных металлов (платины, иридия, палладия, хрома, ванадия, серебра, марганца, меди, кобальта, никеля, железа и др.) и последующей термической обработкой, при которой происходит восстановление металлов, получают металлсодержащие УВ катализаторы с высокой каталитической активностью.

← Предыдущая		Версия 19:43, 29 декабря 2015
Строка 1:		Строка 1:
−		+	[[Файл:volokno.jpg\|200px\|thumb\|left\|углеродное волокно]]
		+	[[Файл:Volokno2.jpg\|200px\|thumb\|left\|углеродное волокно]]
	Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода, которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Углеродное волокно используется для производства углепластиков методом оплетки и в качестве сырья для производства углеродных тканей, препрегов жгутов, фибры, углеродных композиционных материалов.		Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода, которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Углеродное волокно используется для производства углепластиков методом оплетки и в качестве сырья для производства углеродных тканей, препрегов жгутов, фибры, углеродных композиционных материалов.

← Предыдущая		Версия 19:37, 29 декабря 2015
Строка 1:		Строка 1:
−	~~'''Введение'''~~

−	~~----~~
	Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода, которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Углеродное волокно используется для производства углепластиков методом оплетки и в качестве сырья для производства углеродных тканей, препрегов жгутов, фибры, углеродных композиционных материалов.		Углеродное волокно (УВ, углеволокно) - материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода, которые объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью. Углеродное волокно используется для производства углепластиков методом оплетки и в качестве сырья для производства углеродных тканей, препрегов жгутов, фибры, углеродных композиционных материалов.

@@ Строка 28: / Строка 28: @@
 Вследствие глубоких химических превращений при высокотемпературной обработке и удаления летучих продуктов происходит уменьшение массы волокон, так что выход волокна в виде углерода составляет:
-Для волокон на основе вискозного прекурсора: карбонизо-
+* Для волокон на основе вискозного прекурсора: карбонизо-
 ванных – 25 – 35 %, графитизированных – 23 – 30 %;
-Для волокон на основе полиакрилонитрильного прекурсора:
+* Для волокон на основе полиакрилонитрильного прекурсора:
 карбонизованных – 45 – 50 %, графитизированных – 40 – 50 %.
 Химический состав и структура УВ зависят от состава исходных волокон-прекурсоров и условий их получения. С повышением температуры термообработки содержание углерода увеличивается от 80 до 99,5 %. По максимальной температуре термообработки и элементному составу все УВ можно подразделить на три вида:
-Частично карбонизованное (температура обработки < 500ºС, содержание углерода до 90%);
+* Частично карбонизованное (температура обработки < 500ºС, содержание углерода до 90%);
-Карбонизованное (температура обработки 500-1000ºС, содержание углерода 91-99%);
+* Карбонизованное (температура обработки 500-1000ºС, содержание углерода 91-99%);
-Графитизированное (температура обработки >1500ºС, содержание углерода >99%);
+* Графитизированное (температура обработки >1500ºС, содержание углерода >99%);
 В структуре УВ содержатся также атомы кислорода, азота,кремния, фосфора в зависимости от технических добавок, а на поверхности различные функциональные группы - преимущественно кислородсодержащие: гидроксильные, карбонильные, карбоксильные и др.