Вуглецеве Волокно: властивості, фото, отримання, використання

Передові галузі промисловості та будівництва за останній час освоїли чимало принципово нових технологій, велика частина яких пов'язана з інноваційними матеріалами. Звичайний користувач міг помітити прояв даного процесу на прикладі будматеріалів з включенням композитів. Також в автомобілебудуванні впроваджуються карбонові елементи, що підвищують експлуатаційні якості спорткарів. І це далеко не всі напрямки, в яких задіяні вуглепластики. Основою для даного компонента виступають вуглецеві волокна, фото яких представлено нижче. Власне, в неперевершених техніко-фізичних якостях і полягає унікальність та активне поширення композитів нового покоління.

Технологія отримання

Для виробництва матеріалу використовують сировину у вигляді природних або хімічних волокон органічного походження. Далі, в результаті спеціальної обробки, від вихідної заготовки залишаються тільки вуглецеві атоми. Головною впливає силою є температура. Технологічний процес передбачає виконання кількох етапів термообробки. На першій стадії відбувається окислення первинної структури в умовах температурного режиму до 250 °C. На наступному етапі отримання вуглецевих волокон переходить у процедуру карбонізації, в результаті якої матеріал нагрівається в азотному середовищі при високих температурах до 1500 °C. Таким чином формується графитоподобная структура. Завершує весь процес виготовлення фінальна обробка у вигляді графітизації при 3000 °C. На цій стадії вміст чистого вуглецю у волокнах досягає 99 %.

Де застосовується вуглецеве волокно?

Якщо в перші роки популяризації матеріал використовувався виключно у вузькоспеціалізованих областях, то сьогодні спостерігається розширення виробництв, в яких задіюється дане хімволокно. Матеріал досить пластичний і різнорідний в плані можливостей експлуатації. З великою ймовірністю області застосування таких волокон будуть розширюватися, але вже сьогодні оформилися базові типи представлення матеріалу на ринку. Зокрема, можна відзначити будівельну сферу, медицину, виготовлення електротехніки, побутових приладів і т. д. Що стосується спеціалізованих областей, то використання вуглецевих волокон раніше актуально для виробників авіатехніки, медичних електродів та радіопоглинаючих матеріалів.

Форми виготовлення

В першу чергу це термостійкі текстильні вироби, серед яких можна виділити тканини, нитки, трикотажні, повсть і т. д. Більш технологічним напрямком є виготовлення композитів. Мабуть, це найбільш широкий сегмент, в якому представлено вуглецеве волокно як основа виробів для серійного виробництва. Зокрема, це підшипники, термостійкі вузли, деталі і різні елементи, які працюють в умовах агресивних середовищ. Переважно композити орієнтовані на ринок автомобілебудування, однак і будівельна галузь досить охоче розглядає нові пропозиції від виробників даного хімволокна.

Властивості матеріалу

Специфіка технології отримання матеріалу наклала свій відбиток на експлуатаційні якості волокон. В результаті висока термічна стійкість стала головною відмінною рисою структури таких виробів. Крім теплових впливів, матеріал стійкий до хімічних агресивних середовищ. Правда, якщо в процесі окислення при нагріванні присутній кисень, це згубно позначається на волокнах. Зате механічна міцність вуглецевого волокна може скласти конкуренцію багатьом традиційним матеріалам, які вважаються твердотільними і стійкими до пошкоджень. Ця якість особливо виражено в карбонових виробах. Ще однією властивістю, яка має попит серед технологів різної продукції, є здатність абсорбції. Завдяки активній поверхні дане волокно можна розглядати в якості ефективної каталітичної системи.

Виробники

Передовиками в сегменті є американські, японські та німецькі компанії. Російські технології в цій області практично не розвивалися останні роки і як і раніше базуються на розробках часів СРСР. На сьогоднішній день половина виготовляються в світі волокон припадає на частку японських компаній Mitsubishi, Kureha, Teijin та ін. Іншу частину ділять між собою німці та американці. Так, з боку США виступає компанія Cytec, а в Німеччині вуглецеве волокно виробляє фірма SGL. Не так давно в список лідерів цього напряму увійшло і тайванське підприємство Formosa Plastics. Що стосується вітчизняного виробництва, то розробками композитів займаються лише дві компанії – «Аргон» та «Хімволокно». При цьому серйозні досягнення за останні роки зробили білоруські та українські підприємці, які освоюють нові ніші для комерційного використання вуглепластиків.

Майбутнє вуглецевих волокон

Оскільки деякі види вуглепластиків вже найближчим часом дозволять випускати вироби, здатні зберігати початкову структуру мільйони років, багато фахівців пророкують перевиробництво подібної продукції. Незважаючи на це, зацікавлені компанії продовжують вести гонку технологічних оновлень. І багато в чому це виправдано, так як властивості вуглецевих волокон на порядок перевершують аналогічні якості традиційних матеріалів. Досить згадати міцність і термостійкість. Виходячи з цих переваг розробники і освоюють нові напрямки розвитку. Впровадження матеріалу, швидше за все, буде охоплювати не тільки спеціалізовані сфери, але і близькі до масового споживача області. Наприклад, звичайні пластикові, алюмінієві та дерев'яні елементи можуть замінюватися вуглепластиком, який по цілому ряду експлуатаційних якостей буде перевершувати звичні матеріали.

Висновок

Широкого поширення інноваційного хімволокну заважають багато факторів. Одним з найсуттєвіших є висока вартість. Оскільки вуглецеве волокно вимагає задіювання високотехнологічного обладнання для виготовлення, її отримання може собі дозволити далеко не кожна компанія. Але і це не найголовніше. Справа в тому, що далеко не у всіх сферах виробники зацікавлені у таких радикальних змінах якості продукції. Так, підвищуючи довговічність одного елемента інфраструктури, виробник не завжди може виконати аналогічну модернізацію на суміжних компонентах. У підсумку виходить дисбаланс, який зводить нанівець усі досягнення нових технологій.