Что такое углеволокно: Что такое углеволокно — ИА «Пресс-Лайн»

Содержание

Что такое углеволокно — ИА «Пресс-Лайн»

Сегодня разработано множество уникальных синтетических материалов, которые по своим качествам во много раз превосходят натуральные. Один из самых известных и востребованных – карбон. По сути, он представляет собой углепластик, в основе которого находится углеволокно. Для него характерны высокая прочность, жёсткость, небольшой вес. Неудивительно, что такие качества делают возможным его применения во множестве областей.

Что представляет собой карбон

Термин «карбон» — это сокращение от Carbon Fiber. Переводится это словосочетание как «углеродное волокно». Таким образом, это синоним углепластика или углеткани. Производят этот материал следующим образом:

  • синтетическое волокно нагревают до очень высокой температуры;
  • в процессе нагрева оно полностью обугливается;
  • тонкие нити сплетаются в ткань.

Производство основано на том, что исходный полимер подвергается нескольким циклам нагрева.

На первом этапе изменяется внутренняя структура полимера. Затем температура повышается, и из атомов углерода исчезает водород. Циклы нагрева повторяются, в результате чего водород удаляется полностью. В процессе дальнейшего нагрева из волокон удаляется и азот. С каждым этапом в полимере увеличивается количество атомов углерода и упрочняется связь между ними. Этот процесс носит название графитизация.

В настоящее время выпускается несколько видов углеволокна. Общим для них является углеродный наполнитель. А вот связующее вещество может быть разным.

Преимущества и направления применения

Главным плюсом таких волокон является их небольшой вес в сочетании с высокой прочностью. Получившийся материал почти вполовину легче стали и на 20% легче алюминия. При этом прочностью он им не уступает! Кроме того, этот материал не подвержен коррозии и химически инертен.

Благодаря таким качествам углеволокно широко применяется:

  • в автомобильной промышленности;
  • в строительстве для замены стальной арматуры;
  • в самолётостроении;
  • при изготовлении изделий для электро- и радиотехники;
  • для создания фильтрующих слоёв;
  • в оборонной сфере и пр.

Кроме того, решение купить углеродную ткань часто принимают производители спортинвентаря. В целом можно сделать вывод, что этот материал нужен везде, где требуется снизить вес изделия, не теряя при этом прочности.

на правах рекламы

Углеводородное волокно, карбоновая нить, производство полимерных материалов и карбона, углеволокно цена

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода 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.

Производством углеродного волокна в России занимается компания ООО «Композит-Волокно», входящее в холдинг «Композит»

Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от «carbon», «carbone» — углерод). Углепластики — полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.

Углеродные композиционные материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.

Производство полимерных материалов

Наше предложение

Производство полимерных материалов требует значительного опыта. Для достижения принятых стандартов качества необходимы не только квалифицированные сотрудники, но и налаженная технология изготовления изделий. По этим причинам все представленные позиции в каталоге имеют высокое качество, гарантируют достижение поставленных перед ними задач и обладают регулярными положительными отзывами.

В каталоге вы сможете подобрать изделия для таких сфер:

  • машиностроение;
  • космическая и авиационная промышленность;
  • ветроэнергетика;
  • строительство;
  • спортивный инвентарь;
  • товары народного потребления

Наше производство изделий из полимерных материалов может обеспечить вас тем количеством изделий, которое вам будет необходимо. Отсутствуют ограничения по объему заказа. При этом вы можете рассчитывать на полную консультацию от профессионалов и оперативное выполнение поставленных задач. Производство полимерных материалов в России, которое мы осуществляем, дает возможность приобретения необходимых единиц каталога по оптовой системе. Изучите наш каталог, а также, если у вас остались какие-либо вопросы — не откладывайте их на потом и обращайтесь прямо сейчас в нашу службу поддержки.

Почему цена на углеволокно так высока?

Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это с лихвой компенсируется впечатляющим результатом. Даже не верится, что все начиналось с «мягкого и пушистого» материала, содержащегося в довольно прозаических вещах и известных не только сотрудникам химических лабораторий. Белые волокна — так называемые сополимеры полиакрилонитрила — широко используются в текстильной промышленности. Они входят в состав плательных, костюмных и трикотажных тканей, ковров, брезента, обивочных и фильтрующих материалов. Иными словами, сополимеры полиакрилонитрила присутствуют везде, где на прилагающейся этикетке упомянуто акриловое волокно. Некоторые из них «несут службу» в качестве пластмасс. Наиболее распространенный среди таковых — АБС-пластик. Вот и получается, что «двоюродных родственников» у карбона полным-полно. Карбоновая нить имеет впечатляющие показатели по усилию на разрыв, но ее способность «держать удар» на изгиб «подкачала». Поэтому, для равной прочности изделий, предпочтительнее использовать ткань. Организованные в определенном порядке волокна «помогают» друг другу справиться с нагрузкой. Однонаправленные ленты лишены такого преимущества. Однако, задавая различную ориентацию слоев, можно добиться искомой прочности в нужном направлении, значительно сэкономить на массе детали и излишне не усиливать непринципиальные места.

Что такое карбоновая ткань?

Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric).

Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно — лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться. Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.

Бывает ли цветной карбон? Желтый карбон бывает?

Часто от производителей тюнинговых деталей и, как следствие, от заказчиков можно услышать про «серебристый» или «цветной» карбон. «Серебряный» или «алюминиевый» цвет — всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно — это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается адгезия такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи. Отметим, что «Кевлар», «Номекс» и «Тварон» — патентованные американские марки полимеров. Их научное название «арамиды». Это родственники нейлонов и капронов. В России есть собственные аналоги — СВМ, «Русар», «Терлон» СБ и «Армос». Но, как часто бывает, наиболее «раскрученное» название — «Кевлар» — стало именем нарицательным для всех материалов.

Что такое кевлар и какие у него свойства?

По весовым, прочностным и температурным свойствам кевлар уступает углеволокну. Способность же кевлара воспринимать изгибающие нагрузки существенно выше. Именно с этим связано появление гибридных тканей, в которых карбон и кевлар содержатся примерно поровну. Детали с угольно-арамидными волокнами воспринимают упругую деформацию лучше, чем карбоновые изделия. Однако есть у них и минусы. Карбон-кевларовый композит менее прочен. Кроме того, он тяжелее и «боится» воды. Арамидные волокна склонны впитывать влагу, от которой страдают и они сами, и большинство смол. Дело не только в том, что «эпоксидка» постепенно разрушается водно-солевым раствором на химическом уровне. Нагреваясь и охлаждаясь, а зимой вообще замерзая, вода механически расшатывает материал детали изнутри. И еще два замечания. Кевлар разлагается под воздействием ультрафиолета, а формованный материал в смоле утрачивает часть своих замечательных качеств. Высокое сопротивление разрыву и порезам отличают кевларовую ткань только в «сухом» виде. Потому свои лучшие свойства арамиды проявляют в других областях. Маты, сшитые из нескольких слоев таких материалов, — основной компонент для производства легких бронежилетов и прочих средств безопасности.

Из нитей кевлара плетут тонкие и прочные корабельные канаты, делают корд в шинах, используют в приводных ремнях механизмов и ремнях безопасности на автомобилях.

А можно обклеить деталь карбоном?

Непреодолимое желание иметь в своей машине детали в черно-черную или черно-цветную клетку привели к появлению диковинных суррогатов карбона. Тюнинговые салоны обклеивают деревянные и пластмассовые панели салонов углеродной тканью и заливают бесчисленными слоями лака, с промежуточной ошкуриванием. На каждую деталь уходят килограммы материалов и масса рабочего времени. Перед трудолюбием мастеров можно преклоняться, но такой путь никуда не ведет. Выполненные в подобной технике «украшения» порой не выдерживают температурных перепадов. Со временем появляется паутина трещин, детали расслаиваются. Новые же детали неохотно встают на штатные места из-за большой толщины лакового слоя.

Как производятся карбоновые и/или композитные изделия?

Технология производства настоящих карбоновых изделий основывается на особенностях применяемых смол. Компаундов, так правильно называют смолы, великое множество. Наиболее распространены среди изготовителей стеклопластиковых обвесов полиэфирная и эпоксидная смолы холодного отверждения, однако они не способны полностью выявить все преимущества углеволокна. Прежде всего, по причине слабой прочности этих связующих компаундов. Если же добавить к этому плохую стойкость к воздействию повышенных температур и ультрафиолетовых лучей, то перспектива применения большинства распространенных марок весьма сомнительна. Сделанный из таких материалов карбоновый капот в течение одного жаркого летнего месяца успеет пожелтеть и потерять форму. Кстати, ультрафиолет не любят и «горячие» смолы, поэтому, для сохранности, детали стоит покрывать хотя бы прозрачным автомобильным лаком.

Компаунды холодного твердения.

«Холодные» технологии мелкосерийного выпуска малоответственных деталей не позволяют развернуться, поскольку имеют и другие серьезные недостатки. Вакуумные способы изготовления композитов (смола подается в закрытую матрицу, из которой откачан воздух) требуют продолжительной подготовки оснастки. Добавим к этому и перемешивание компонентов смолы, «убивающее» массу времени, что тоже не способствует производительности. Говорить о ручной выклейке вообще не стоит. Метод же напыления рубленого волокна в матрицу не позволяет использовать ткани. Собственно, все идентично стеклопластиковому производству. Просто вместо стекла применяется уголь. Даже самый автоматизированный из процессов, который к тому же позволяет работать с высокотемпературными смолами (метод намотки), годится для узкого перечня деталей замкнутого сечения и требует очень дорогого оборудования.

Эпоксидные смолы горячего отверждения прочнее, что позволяет выявить качества карбонов в полной мере. У некоторых «горячих» смол механизм полимеризации при «комнатной» температуре запускается очень медленно. На чем, собственно, и основана так называемая технология препрегов, предполагающая нанесение готовой смолы на углеткань или углеволокно задолго до процесса формования. Приготовленные материалы просто ждут своего часа на складах.

В зависимости от марки смолы время жидкого состояния обычно длится от нескольких часов до нескольких недель. Для продления сроков жизнеспособности, приготовленные препреги, иногда хранят в холодильных камерах. Некоторые марки смол «живут» годами в готовом виде. Прежде чем добавить отвердитель, смолы разогревают до 50–60 C, после чего, перемешав, наносят посредством специального оборудования на ткань. Затем ткань прокладывают полиэтиленовой пленкой, сворачивают в рулоны и охлаждают до 20–25 C. В таком виде материал будет храниться очень долго. Причем остывшая смола высыхает и становится практически не заметной на поверхности ткани. Непосредственно при изготовлении детали нагретое связующее вещество становится жидким как вода, благодаря чему растекается, заполняя весь объем рабочей формы и процесс полимеризации ускоряется.

Компаунды горячего твердения.

«Горячих» компаундов великое множество, при этом у каждой собственные температурные и временные режимы отверждения. Обычно, чем выше требуемые показания термометра в процессе формовки, тем прочнее и устойчивее к нагреву готовое изделие. Исходя из возможностей имеющегося оборудования и требуемых характеристик конечного продукта, можно не только выбирать подходящие смолы, но делать их на заказ. Некоторые отечественные заводы-изготовители предлагают такую услугу. Естественно, не бесплатно.

Препреги как нельзя лучше подходят для производства карбона в автоклавах. Перед загрузкой в рабочую камеру нужное количество материала тщательно укладывается в матрице и накрывается вакуумным мешком на специальных распорках. Правильное расположение всех компонентов очень важно, иначе не избежать нежелательных складок, образующихся под давлением. Исправить ошибку впоследствии будет невозможно. Если бы подготовка велась с жидким связующим, то стала бы настоящим испытанием для нервной системы рабочих с неясными перспективами успеха операции.

Процессы, происходящие внутри установки, незатейливы. Высокая температура расплавляет связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице. Причем происходит все одновременно.

С одной стороны, одни преимущества. Прочность такого углепластика практически максимальна, объекты самой затейливой формы делаются за один «присест». Сами матрицы не монументальны, поскольку давление распределено равномерно во всех направлениях и не нарушает геометрию оснастки. Что означает быструю подготовку новых проектов. С другой стороны, нагрев до нескольких сотен градусов и давление, порой доходящее до 20 атм., делают автоклав очень дорогостоящим сооружением. В зависимости от его габаритов цены на оборудование колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов. Прибавим к этому нещадное потребление электроэнергии и трудоемкость производственного цикла. Результат — высокая себестоимость продукции. Есть, впрочем, технологии подороже и посложнее, чьи результаты впечатляют еще больше. Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) в тормозных дисках на болидах Формулы-1 и в соплах ракетных двигателей выдерживают чудовищные нагрузки при температурах эксплуатации, достигающих 3000 C. Эту разновидность карбона получают путем графитизации термореактивной смолы, которой пропитывают спрессованное углеродное волокно заготовки. Операция чем-то похожа на производство самого углеволокна, только происходит она при давлении 100 атмосфер. Да, большой спорт и военно-космическая сфера деятельности способны потреблять штучные вещи по «заоблачным» ценам. Для тюнинга и, тем более, для серийной продукции такое соотношение «цены-качества» неприемлемо.

Если решение найдено, оно выглядит настолько простым, что удивляешься: «Что же мешало додуматься раньше?». Тем не менее, идея разделить процессы, происходящие в автоклаве, возникла спустя годы поиска. Так появилась и стала набирать обороты технология, сделавшая горячее формование карбона похожим на штамповку. Препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы ткань с обеих сторон покрывается либо полиэтиленовой, либо более термостойкой пленкой. «Бутерброд» пропускается между двух валов, прижатых друг к другу. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются, примерно так же, как и при отжиме белья в стиральных машинах образца 1960-х годов. В матрицу препрег вдавливается пуансоном, который фиксируется резьбовыми соединениями. Далее вся конструкция помещается в термошкаф.

Тюнинговые фирмы изготавливают матрицы из того же карбона и даже прочных марок алебастра. Гипсовые рабочие формы, правда, недолговечны, но пара-тройка изделий им вполне по силам. Более «продвинутые» матрицы делаются из металла и иногда оснащаются встроенными нагревательными элементами. В серийном производстве они оптимальны. Кстати, метод подходит и для некоторых деталей замкнутого сечения. В этом случае легкий пуансон из вспененного материала остается внутри готового изделия. Антикрыло Mitsubishi Evo — пример такого рода.

Механические усилия заставляют думать о прочности оснастки, да и система матрица — пуансон требует либо 3D-моделирования, либо модельщика экстра-класса. Но это, все же, в сотни раз дешевле технологии с автоклавом.

Алексей Романов редактор журнала «ТЮНИНГ Автомобилей»

Углеродное волокно — Что такое Углеродное волокно?

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром 3-15 микрон

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром 3-15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода.

Атомы углерода 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.

УВ обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.  

Температурная обработка состоит из нескольких этапов.

  • 1й этап. Окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.

  • 2й этап. Нагрев волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C.


В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. 

Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. 

В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. 

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения УВ могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

УВ имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600-2000 °С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются. 

Это предопределяет возможность применения УВ в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. 

На основе УВ изготавливают углерод-углеродные композиты, которые отличаются высокой абляционной стойкостью.

УВ устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. 

Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300-350°С. 

Нанесение на УВ тонкого слоя карбидов, в частности SiC, или нитрида бора позволяет в значительной мере устранить этот недостаток.


Благодаря высокой химической стойкости УВ применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др.  

Изменяя условия термообработки, можно получить УВ с различными электрофизическими свойствами (удельное объёмное электрическое сопротивление от 2•10−3 до 106 ом/см) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.

Активацией УВ получают материалы с большой активной поверхностью (300-1500 м²/г), являющиеся прекрасными сорбентами. 

Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.

Обычно УВ имеют прочность порядка 0,5-1 ГПа и модуль 20-70 ГПа, а подвергнутые ориентационной вытяжке — прочность 2,5-3,5 ГПа и модуль 200-450 ГПа. 

Благодаря низкой плотности (1,7-1,9 г/см³) по удельному значению (отношение прочности и модуля к плотности) механических свойств лучшие УВ превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. 

Удельная прочность УВ уступает удельной прочности стекловолокна и арамидных волокон.  

На основе высокопрочных и высокомодульных УВ с использованием полимерных связующих получают конструкционные углеродопласты. 

Разработаны композиционные материалы на основе УВ и керамических связующих, УВ и углеродной матрицы, а также УВ и металлов, способные выдерживать более жесткие температурные воздействия, чем обычные пластики.


УВ применяют для армирования композиционных, теплозащитных, хемостойких материалов в качестве наполнителей в различных видах углепластиков. 

Из УВМ изготавливают электроды, термопары, экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изделия для электро- и радиотехники. 

На основе УВ получают жесткие и гибкие электронагреватели, в том числе ставшие популярными т. н. «карбоновые нагреватели», обогреваемую одежду и обувь. 

Углеродный войлок — единственно возможная термоизоляция в вакуумных печах, работающих при температуре 1100 °C и выше.  

Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоев для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок.

Применение углеволокна (карбона) в строительстве

Беседка из углепластика

На сегодняшний день с изделиями из бетона и стали успешно соперничают материалы из шнуров, тканей, волокон и лент изготовленных из современных углеводородов. При этом такие материалы обладают небольшой толщиной и весом.

Даже холст толщиной всего в несколько миллиметров, пропитанный отвердевшей смолой по своей прочности превосходит 15 миллиметровый лист фанеры и в пять раз прочнее стали.

Содержание статьи

Что такое углеродные волокна

Улеволокно (карбон) представляет собой полимерно-композитный материал, в основе которого лежат углеродные нити. Имеет наибольшую популярность среди других пластиков и композитов. Имея четырёх кратную прочность на разрыв, чем у наилучших марок стали, углеволокно намного легче железа (на 75%) и алюминия (на 30%).

Углеродные нити достаточно ломкие и поэтому из них создают эластичное полотно. А добавление полимерных связующих составов  позволяет изготавливать углепластик, совершивший революцию во множестве сфер деятельности человека.

Для чего нужен карбон (углеволокно)

Углеродные волокна представляют собой альтернативу традиционным материалам, например, стали, алюминию, стеклопластику и для строительства легких ферм и каркасных конструкций.  Они обладают высокой прочностью, надежностью,  возможностью настройки, и имеют малый вес.

Углеволокно на данный момент пользуется большим спросом у строителей и ремонтников. Подобная популярность обусловлена высокой прочностью материала. Это качество очень важно при обустройстве внешнего армирования кирпичных, железобетонных и деревянных систем.

Конструкция, оклеенная углеволокном, получает дополнительно до 60 % прочности и до 110 % прочности на сжатие. Хоть и выглядит это не достаточно правдоподобно, все проверки по СНиП и ГОСТ это подтверждают. Поэтому, если собираетесь делать ремонт или занимаетесь строительством, можете в серьез подумать об усилении из карбона.

Усиление прочности конструкции позволяет сократить размеры основания. Углеволокно удерживает на себе значительные нагрузки, самое главное, чтобы было, куда его приклеить. Сокращение необходимого материала за счет использования современного карбона является актуальным мероприятием для отдаленных регионов, куда сложно доставить тяжелые строительные материалы.

Помимо этого углеволокно сейчас используют при ремонте несущих элементов из камня. Путем армирования восстанавливаются балки и опоры бетонных мостов. Как правило, используется карбон в промышленности, но может применяться и в частном строительстве, где нагрузки значительно ниже, а значит, запас прочности будет довольно большим.

Достоинства материала

Многие знают о коррозии сборного железобетона, которую вызывает стальная арматура. При использовании сетки из углеродного волокна вместо стальной арматуры результаты получаются превосходными.

  1. Бетонные стеновые панели можно делать намного тоньше.
  2. Вес панелей становиться намного легче (до 75%).
  3. Не требуется дополнительная теплоизоляция потому, что углеволокно не проводит тепло или холод.
  4. Обладает высокой огнестойкостью.
  5. Этот новый материал уже используется для производства стеновых сендвич панелей.
Недостатки

Углеродное волокно также имеет недостатки, которые должны быть приняты во внимание при планировании его использования.

  1. Этот материал довольно дорогой по сравнению с аналогами.
  2. Материал имеет способность отражать электрические волны, что может быть недостатком в некоторых случаях.
  3. Процесс изготовления композитов более трудоемкий, чем изготовление металла.

Углеродное волокно – восстановление здоровья или одно из самых эффективных лечений современности

Что такое углеродное волокно и за счёт чего оно может лечить и восстанавливать здоровье ? За счет чего углеродная ткань обладает такой уникальной целительной силой?

Для некоторых, углеродная ткань не представляет никакой ценности, в силу отсутствия каких-либо знаний об этом материале и его уникальных свойствах.

Углеродный текстильный материал на самом деле может помочь вашему организму задействовать свои природные возможности по регенерации и восстановлению больных, поврежденных органов и тканей. 

В народе иногда данный текстильный материал называю «черный подорожник» отождествляя его с природным целительным растением.

Вся его ценность кроется в том, из чего его производят и каким образом.

Углеродное волокно получают термической обработкой химических полимерных (ПАН) или природных органических волокон (вискозных) за счет их поэтапной высокотемпературной обработки (до 3000°C). Содержание углерода в готовом волокне составляет 92-99,99 %.

Если при производстве углеродного волокна полиакрилонитрил (ПАН) используется в большей степени как композит конструкционный, где определяющим является прочность, то вискозное волокно в высокотемпературных процессах дополняет и замещает графит. Поэтому, вискозное углеродное волокно и применяется в первую очередь, как углеродный материал, а не как сверхпрочный конструкционный.

Само же по себе исходное вискозное волокно (белое)  — это искусственное химическое волокно из гидратцеллюлозы, полученное в свою очередь из природной целлюлозы в процессе многоступенчатой щелочной обработки. Гидратцеллюлоза характеризуется высокими сорбционными свойствами, гигроскопичностью и большей способностью к гидролизу, этерификации и окислению. Поэтому в основу лечебных свойств углеродного волокна и ткани заложено именно вискозное волокно.

Упрощённо схему получения вискозного материала (основного сырья для углеродного материала) можно представить следующим образом:


Далее готовое вискозное волокно в виде ткани или нити передается на высокотемпературную обработку, где уже формируется само углеродное волокно:

Углеродный волокнистый сорбент производится на основе пиролиза (разложения органических природных соединений при недостатке кислорода) с последующей активацией волокон на основе вискозы. Такой материал характеризуются микропористой структурой, предназначенной для сорбции вредных веществ. Изменяя условия процесса активации можно улучшать сорбционные свойства материала за счет увеличения объема микропор. Углеродный волокнистый материал обладает отличными сорбционными свойствами (1 гр. может поглотить до 50 гамм нефтепродуктов).

В готовом виде углеродное волокно состоит из микро нитей диаметром до 15 микрон, полученных в основном атомами углерода. Атомы углерода объединены в микро- кристаллы, выстроенные параллельно друг другу в виде слоев графита. При нагреве и вытяжке угловое расположение этих слоев может значительно изменяться. Ориентация углеродных слоев становится более совершенной при увеличении температуры термообработки.  Поры волокна сориентированы  вдоль своей оси.  Их объемная доля увеличивается с повышением температуры и уменьшается при вытяжке.

Регулируя процесс термообработки, можно получить углеродное волокно с различными электрофизическими свойствами.

Исходя из сложной морфологической  структуры элементарного углеволокна,  данный материал обладает способностью образовывать стабильные цепи, обеспечивающие разнообразие органических соединений. Углеродная ткань уникальна и тем, что воздух проходя через ее волокна  насыщается отрицательными ионами, что благотворно влияет на весь организм, исцеляя его от многих болезней.

Исходя из природных свойств исходного сырья, самой технологии его переработки и рождаются полезные свойства этого материала, который может быть представлен в виде углеродных салфеток, повязок, жгутов и других текстильных и трикотажных изделий.

Уникальность углеродной ткани, как средства для восстановления здоровья заключается в его :

  • высоких сорбционных свойствах
  • способности сохранять инфракрасное излучение, исходящее от самого источника

Высокие сорбционные свойства углеродного волокна способствуют эффективному снятию воспалительных процессов, повреждений различной этиологии и стимуляции роста жизнеспособных грануляций. Восстановление поврежденных тканей и органов происходит в 2 раза быстрее по сравнению с обычными методами лечения.

Сложная структура углеродной ткани, её волокнистость  и одновременно токопроводность, обеспечивают применение материала в качестве экрана от электромагнитных излучений.

В свою очередь данное свойство может позитивно влиять и на здоровье —  способствовать регенерации и стимуляции иммунной системы  человека за счет возможности возврата этого излучения тем клеткам, органам и системам, которые они излучают сами на тех же частотах.

Кроме электромагнитного излучения такой углеродной ткани свойствены нейтральность к воде, высокой температуре, агрессивным средам и она обладает высокой поглощаемостью запахов. Свойство переотражения инфракрасного излучения способствует созданию эффекта сухого тепла, направленного на регенерацию и восстановление поврежденных органов и тканей, стимуляцию иммунной системы.

Процесс регенерации и восстановления органов является сегодня одной из актуальных тем биологии и современной медицины. Ученые всего мира до конца не могут понять, почему у одних живых организмов процесс восстановления тканей присущ (пресмыкающиеся и тому подобные), а для других нет. Загадка кроется в этапе эмбрионального начала развития организма, когда этот процесс вполне осуществим, за счет пиковой активности регенерирующей функции организма. И все усилия сводятся к тому, чтобы разбудить мозг и заставить вспомнить этот этап и активировать эту природную возможность.

Конечно, современная медицина в своем идеале имеет определенные подходы в решении такой проблемы. Есть утверждения, что процесс регенерации тканей живого организма возможен только с помощью стволовых клеток, которых во взрослом организме очень ограниченное количество. Именно с детородной функции образуются первые стволовые клетки, с которых начинается развитие органов и тканей человека. Поэтому целью современной науки и является поиск методов и способов активизации организма к воспроизводству этих, уникальных своего рода, клеток.

Пытаясь раскрыть тайну регенерации тканей и проводя исследования над организмами, обладающими такими способностями (ящерицы, моллюски, саламандра), учёные Австралийского института регенеративной медицины сделали заявление, что в основе регенерационной способности организма лежат клетки иммунной системы, которые предназначены переваривать отмершие клетки, грибки и бактерии, отторгнутые организмом и способствовать созданию на их основе здоровых, в прямом смысле этого слова.

Долгие эксперименты на саламандрах позволили специалистам сделать заключение, что именно клетки иммунной системы формируют особые химические вещества, которые создают основу регенеративного процесса. Активировать регенерационные процессы, в человеческом организме, возможно только добавив в него определенные специальные компоненты или пробудив саму иммунную систему выполнять  свои врожденные функции.

Вот в этом как раз и проявляются лечебные свойства углеродной ткани, как источника инфракрасного излучения от тех же органов, которые его излучают, пробуждая тем самым иммунную систему человека на восстановление больных клеток, органов и систем!

Для этих целей успешно используется текстильный углеродный сорбент медицинского назначения в виде углеродных салфеток, повязок, жгутов, поясов,  шорт, нарукавников, наколенников, масок для сна и углеродных вкладышей для постельного белья.

В заключение хотелось бы отметить, что углеродное волокно на вискозной основе представляет из себя сложной морфологической  структуры продукт на природной основе, созданный в процессе его высокотехнологичной обработки.

Из-за своей уникальности и относительной дороговизны, данный материал ограничен объемами своего производства в мировых масштабах. Учитывая свою техническую и социальную значимость, данный материал является дефицитным продуктом.

Применение углеволокна в строительстве: армирование и усиление несущих конструкций своими руками

Современное строительство, как и любая другая отрасль, не обходится без внедрения инновационных технологий,  и уже сегодня материалы, ранее используемые только в наукоемких производствах, таких как ракетостроение, широко применяются в строительной сфере, формируя архитектуру будущего. Одной из наиболее важных задач современного строительства является предотвращение проблем, связанных с прочностью зданий и сооружений, которая находится под влиянием динамических нагрузок, перепадов температур и других агрессивных климатических факторов.  В результате этого на бетонных стенах построек появляются трещины, отслаивается защитный слой, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик зданий. В связи с этим, неотъемлемым этапом строительства стало армирование несущих конструкций, призванное предотвратить их преждевременное разрушение. Если раньше популярным материалом, используемым в этих целях, долгое время был стеклохолст, то сегодня его постепенно вытесняет новый востребованный материал – углеволокно, о характеристиках и особенностях использования которого поговорим далее.

Содержание

  1. Что такое углеволокно? Особенности использования материала
  2. Технические характеристики углеволокна: основные преимущества
  3. Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования?
  4. В каких ситуациях необходимо осуществление внешнего армирования?
  5. Распространенные конструктивные решения для углеволокна
  6. Армирование фундамента своими руками: пошаговая инструкция

 

Что такое углеволокно? Особенности использования материала

Углеродное волокно – линейно-упругий композитно-полимерный материал искусственного происхождения, структурным элементом которого являются тонкие углеродные нити диаметром от 3 до 15 микрон, состоящие из атомов углерода. Последние, в свою очередь, объединены в кристаллы микроскопических размеров, которые, благодаря выравниванию, расположены параллельно друг другу. Выравнивание способствует повышению прочности волокна на растяжение. По своим техническим характеристикам, в частности твердости, углеволокно в несколько раз превосходит металл, вследствие чего широко используется в оборонной промышленности, аэрокосмическом производстве и строительной сфере. Несмотря на то, что уникальные характеристики углеволокна позволяют считать данный материал инновационным, он не является изобретением нашего столетия и давно используется в авиа- и ракетостроении, а с конца прошлого столетия и в строительстве. Впервые в этой сфере он появился  в 1980 году, когда в Калифорнии все здания и сооружения стали возводиться с использованием углеродного волокна, что позволило укрепить постройки, расположенные на сейсмически активной территории. Взяв это свойство на вооружение, отечественные строители нашли применение данному материалу в процессе проведения ремонтных мероприятий в жилых домах, и с тех пор его популярность только растет.

Важно! Следует помнить, что углеволокно, аналогично бетону, является лишь материалом, а не конечным готовым изделием. Оно является основой для изготовления большого количества материалов, используемых в строительстве для армирования своими руками. К ним относятся углеродные сетки, ламели и ленты.

Технические характеристики углеволокна: основные преимущества

Углеродное волокно состоит из полиакрилнитрита, прошедшего предварительную обработку высокими температурами (до 3-5 тысяч градусов). В силу технических особенностей, углеволокно используется для внешнего армирования, в процессе которого его пропитывают связующим веществом (двухкомпонентная эпоксидная смола) и аналогично обоям наклеивают на поверхность конструкции, нуждающейся в укреплении. Целесообразность применения именно этого связующего вещества доказана по нескольким направлениям:

  • Во-первых, эпоксидная смола обладает высокой адгезией к железобетону;
  • Во-вторых, после вступления в химическую реакцию со смолой углеволокно превращается в жесткий пластик, приобретая прочность, в 6-7 раз превосходящую прочность стали.

На сегодняшний день углеволокно характеризуется наибольшей популярностью среди других композитных материалов. Несмотря на то, что оно на 30 % легче алюминия и на 75 % легче железа, его прочность на разрыв в четыре раза превосходит наилучшие марки стали. Изготовленное на основе углерода, углеволокно имеет низкий удельный вес и при нагревании незначительно расширяется, при этом оно не подвержено воздействию агрессивных химических веществ. С учетом вышеперечисленных характеристик, углеволокно можно считать универсальным материалом, адаптированным для использования в различных климатических зонах.

Длительный эксплуатационный срок материала объясняется сочетанием следующих его преимуществ:

  • Высокие гидроизоляционные характеристики, обусловленные глянцевой поверхностью углепластика, за счет которой материал не вступает в реакцию с водой;
  • Высокая адгезия к различным поверхностям;
  • Исключительная устойчивость к коррозионным процессам;
  • Легкость – свойство, благодаря которому система армирования не создает дополнительных нагрузок на постройку. Несмотря на то, что углеволокно весит намного меньше, чем сталь, оно обладает высокими прочностными характеристиками;
  • Используя углеволокно, вы получаете возможность наносить армирующий материал в несколько слоев;
  • В процессе выполнения ремонтных работ можно не прекращать эксплуатацию усиливаемого здания;
  • Применение углеволокна для армирования фундамента своими руками способствует сокращению  временных и трудовых затрат при проведении работ;
  • Углеволокно по праву считается универсальным материалом, который можно использовать для армирования конструкций любой сложности и конфигурации, в том числе на закругленных и угловых поверхностях, на ребристых плитах перекрытий, балочных элементах рамных конструкций, а также тавровых балок мостовых пролетов, которые характеризуются малой  шириной ребра;
  • Углеволокно – экологически чистый и токсически безопасный материал для армирования;
  • Кроме того, данный  материал отличается огнеупорностью и ударопрочностью.

Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования?

Для обеспечения эффективного усиления конструкции технология армирования должна гарантировать выполнение ряда условий:

  • Естественная влажность конструкций не должна быть препятствием для монтажа армирующих элементов;
  • Элементы армирования должны надежно приклеиваться к любым строительным материалам, благодаря чему будет осуществляться эффективная передача усилий с усиливаемой конструкции на армирующие элементы;
  • Все материалы, используемые в процессе армирования, в том числе и монтажный клей, должны характеризоваться свойствами, стабильными во  времени, что позволит повысить эффективность армирования;
  • В связи с тем, что армированию подлежат конструкции из различных материалов, модуль упругости и прочность армирующих элементов должны быть представлены достаточно широкой линейкой.

Всем требованиям, перечисленным выше, отвечают элементы внешнего армирования, представленные волокнами искусственного происхождения, в частности арамидными и углеродными, при этом последние, продемонстрировав наилучшее соотношение цена/качество, получили наибольшее распространение.

В каких ситуациях необходимо осуществление внешнего армирования?

На сегодняшний день углеволокно используется для армирования конструкций из различных материалов:

  • Железобетонных построек — к ним относятся мосты, гидротехнические сооружения и памятники архитектуры, которые нуждаются в защите от коррозии, усилении сжатых элементов и их защите от перегрузок. С этой функцией в полной мере справляется углеволокно;
  • Металлических конструкций, которые обладают близким к углеволокну модулем упругости и прочности;
  • Каменных конструкций, в частности каменных столбов, стен кирпичных домов и пилонов.

Необходимость в усилении построек посредством внешнего армирования возникает в следующих ситуациях:

  • В случае повреждения конструкции, ставшего причиной снижения ее несущей способности, жесткости и устойчивости к трещинам;
  • Если произошло изменение условий эксплуатации постройки, которое выражается в изменении величины и характера нагрузок;
  • В процессе проектирования и строительства конструкций с целью повышения их сейсмостойкости и увеличения межремонтных промежутков;
  • В случае длительного воздействия на конструкцию механических факторов или агрессивных природных сред, приведшего к разрушению бетона или коррозии арматуры, возникает необходимость устранения неутешительных последствий и усиления конструкции.
  • Проанализировав определенный набор технико-экономических показателей, можно прийти к выводу, что усиление углеволокном чаще всего уместно по отношению к железобетонным конструкциям, однако применимо и к металлическим, и бетонным, и даже деревянным зданиям и сооружениям.

Распространенные конструктивные решения для углеволокна

Если вы отдали предпочтение углеволокну и системам внешнего армирования с его использованием, помните, что проектируя системы усиления, необходимо руководствоваться Сводом правил СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования».

Отказавшись от армирования перекрытий руками специалистов и производя их усиление самостоятельно, учтите, что оно осуществляется посредством наклеивания углеволокна в зонах наибольшей нагрузки – обычно они приходятся на центральную часть пролета и соприкасаются с нижней гранью конструкции. Благодаря этому приему значительно повышается несущая способность конструкции по изгибающим моментам. Чтобы решить эту задачу, специалисты рекомендуют использовать любой из доступных видов углеродных материалов – ламели, ленты или сетки.

Важно! В процессе усиления балок зачастую возникает необходимость в усилении приопорных зон, что позволит повысить несущую способность конструкции при воздействии поперечных сил.  С этой целью наклеивают U-образные хомуты, изготовленные из углеродных сеток или лент.

Важно! Что касается особенностей использования материалов из углеволокна, необходимо отметить, что, благодаря схожести способов монтажа и адгезивных составов, углеродные ленты и ламели, как правило, монтируются вместе, тогда как использование углеродных сеток, в силу монтажа материала «мокрым» способом, исключает применение лент и ламелей.

В рамках обсуждения технологии армирования бетона своими руками, отдельно необходимо поговорить об усилении колонн, которое осуществляется посредством их оклейки углеродными сетками или лентами, которые монтируются в поперечном направлении. Благодаря этому удается достигнуть эффекта «бондажирования», что позволяет предотвратить поперечные деформации бетона.

Армирование фундамента своими руками: пошаговая инструкция

Если вы ищите ответ на вопрос: «Как сделать армирование фундамента своими руками?», ознакомьтесь с нашими рекомендациями, представленными ниже, и вы узнаете, как произвести армирование плиты фундамента своими руками.

Подготовка поверхности: рекомендации специалистов

Прежде чем приступить к монтажу системы внешнего армирования с использованием углеволокна, необходимо произвести разметку конструкции, отчертив зоны, в которых будут располагаться элементы усиления. Произведя размеры, очистите поверхность от остатков отделочных материалов, цементного молочка с помощью углошлифовальной машинки с алмазной чашкой или водо-пескоструйной установки до тех пор, пока не обнажится крупный заполнитель бетона. Старайтесь производить эти манипуляции качественно, так как от характеристик подготовленного основания напрямую зависит эффективность системы усиления. В связи с этим, в процессе подготовки основания, обратите внимание на следующие параметры:

  • Целостность и прочность материала, из которого изготовлена конструкция, подлежащая усилению;
  • Ровность поверхности, на которую будет монтироваться углеволокно;
  • Температура и влажность поверхности, на которую будет наклеиваться углеродный материал;
  • Отсутствие пыли и других загрязнений;
  • Кроме того, существует еще целый ряд контролируемых параметров, которые можно найти в технологических картах на выполнение того или иного вида работ.

Подготовка армирующих материалов

Углеволокно продается смотанным в рулоны, упакованные в полиэтиленовую пленку. В процессе подготовки рабочей поверхности важно следить за тем, чтобы на армирующий материал не попала пыль, в большом количестве образуемая в процессе шлифования бетона, так как это приведет к тому, что материал не пропитается связующим веществом и станет причиной производственного брака.

Чтобы предотвратить это, перед раскроем материала застелите рабочую поверхность полиэтиленом и только после этого осуществляйте замеры. Для обрезки углеродных сеток и лент можно использовать канцелярский нож или ножницы по металлу, ламелей – углошлифовальной машинкой, оснащенной отрезным кругом по металлу.

В качестве адгезивов рекомендуют использовать двухкомпонентные составы, в связи с чем, неотъемлемым этапом их подготовки будет смешивание двух компонентов в определенной пропорции. Чтобы случайно не нарушить их соотношение, в процессе их дозирования необходимо использовать мерную посуду или весы. Существует важное правило подготовки смеси – компоненты смешивают, постепенно добавляя друг к другу и перемешивая полученную массу дрелью, оснащенной специальной насадкой.

Важно! Ошибки, допущенные в процессе подготовки смеси, могут привести к закипанию адгезива.

Важно! На современном строительном рынке можно найти адгезивы, поставляемые в комплекте – т. е. в двух ведрах, в которых уже дозирован необходимый объем компонентов. Таким образом, работая с уже дозированными смесями, достаточно содержимое одного ведра смешать с содержимым другого (для удобства работы одно из ведер поставляется большего объема и остается полупустым).

Для углеродных сеток используют полимерцементный адгезив, который поставляется в мешках и перед работой разводятся водой в соответствии с инструкцией.

Как произвести монтаж углеволоконных материалов?

Технология монтажа армирующей системы существенно отличается в зависимости от типа используемого материала.

Монтаж углеродной ленты может осуществляться «сухим» или «мокрым» способом. И в том, и в другом случае на поверхность усиливаемого основания наносят слой адгезива, однако «мокрый» способ подразумевает пропитывание углеродной ленты адгезивом с последующим прикатыванием ее валиком к основанию, тогда как «сухой» способ предполагает крепление ленты к основанию и только после прикатывания валиком ее пропитывают адгезивной смесью. Таким образом, последовательность этапов монтажа меняется местами. Для осуществления пропитки углеродной ленты адгезивным составом на ее поверхность наносят слой адгезива и, прикатывая валиком, добиваются того, чтобы верхний слой связующего вещества попал вглубь углеволокна, а нижний – вышел наружу.

Углеродные ленты можно наклеивать в несколько слоев, однако при их наклеивании на поверхность потолка не рекомендуется наносить более двух слоев, что предотвратит «сползание» материала под тяжестью собственного веса.

Важно! Помните, что после того, как произойдет полимеризация адгезива, его поверхность станет идеально гладкой и ровной, что сделает его отделку практически невозможной. В связи с этим, не дожидаясь затвердевания связующего вещества, еще на «свежую» поверхность наносят слой крупного песка.

В процессе монтажа углеродных ламелей слой связующего вещества наносят не только на усиливаемую конструкцию, но и на монтируемый элемент армирования. В завершение работ ламель прикатывают валиком или шпателем.

Монтируя углеродную сетку, в процессе армирования ленточного фундамента своими руками ее крепят на увлажненную бетонную поверхность. После нанесения первого слоя полимерцементного адгезива ручным или механизированным способом, не дожидаясь его высыхания раскатывают углеродную сетку, слегка вдавливая ее в нанесенный состав. Для удобства работы специалисты рекомендуют использовать шпатель. Затем необходимо дождаться первичного схватывания состава, время наступления которого зависит от характеристик выбранного состава и температуры окружающей среды. Чтобы убедиться в том, что состав начинает затвердевать, надавите на его поверхность пальцем – он должен продавливаться с большими усилиями. После этого наносят заключительный слой полимерцемента.

Важно! Адгезивы на основе эпоксидных смол подвержены возгоранию и разрушению под действием ультрафиолетовых лучей, в связи с чем, их необходимо проверить на класс огнестойкости и защитить от ультрафиолета.

углеволокно — Викисловарь

Морфологические и синтаксические свойства[править]

падеж ед. ч. мн. ч.
Им. углеволокно́ углеволо́кна
Р. углеволокна́ углеволо́кон
Д. углеволокну́ углеволо́кнам
В. углеволокно́ углеволо́кна
Тв. углеволокно́м углеволо́кнами
Пр. углеволокне́ углеволо́кнах

уг-ле-во-лок-но́

Существительное, неодушевлённое, средний род, 2-е склонение (тип склонения 1*d по классификации А. А. Зализняка).

Корень: .

Произношение[править]

  • МФА: [ˌuɡlʲɪvəɫɐˈkno]

Семантические свойства[править]

Значение[править]
  1. материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода ◆ Карданный вал и подрамник двигателя ― из углеволокна, а диски колёс ― магниевые. Карданный вал и подрамник двигателя ― из углеволокна, а диски колёс ― магниевые. Сергей Канунников, «Азы «Ибуки»», 2004 г. // «За рулём» (цитата из Национального корпуса русского языка, см. Список литературы)
Синонимы[править]
  1. углеродное волокно
Антонимы[править]
Гиперонимы[править]
Гипонимы[править]

Родственные слова[править]

Этимология[править]

Происходит от ??

Фразеологизмы и устойчивые сочетания[править]

Перевод[править]

Список переводов

Библиография[править]

Что такое углеродное волокно? | DragonPlate