ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫЕ КОМПОЗИТНЫЕ ВОЛОКНА - Строительство и ремонт

НЕКОТОРЫЕ ИЗ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНЫХ КОМПОЗИТНЫХ ВОЛОКОН:

углеродные волокна
Арамидные волокна (мета и пара)
Стекловолокна (E-стекло и S-стекло)

УГЛЕРОДНОЕ ВОЛОКНО:

Углеродное волокно – это композитный материал, который чаще всего встречается в гоночных автомобилях и дорогих суперкарах, хотя, как и все передовые технологии, он находит свое применение во все большем количестве автомобилей. Несмотря на дороговизну и высокотехнологичное применение, углеродное волокно относительно просто в обработке. Дороговизна углеволокна компенсируется его удивительной прочностью и чрезвычайно легкими свойствами. Оно также очень жесткое, а жесткость кузова играет важную роль в обеспечении хорошей управляемости, особенно на высоких скоростях.

В некоторых серийных суперкарах используется монокок из углеволокна – технология конструкции, при которой для поддержки используется внешняя обшивка, а не традиционная внутренняя рама. В других случаях углеродное волокно используется в панелях кузова или в тех местах, где необходима высокая жесткость и легкость. Углеродное волокно иногда используется в сочетании со стекловолокном из-за схожести производственных процессов, примером может служить Corvette ZO6, где передняя часть выполнена из углеродного волокна, а задняя – из стекловолокна. Однако углеродное волокно намного прочнее и легче стекловолокна. Углеродное волокно можно найти в широком спектре автомобилей, включая спортивные автомобили, супербайки, велосипеды (где оно используется для изготовления рам), моторные лодки и часто используется в индустрии тюнинга и кастомайзинга, где привлекательные тканые панели остаются неокрашенными, чтобы “показать” материал. Углеродные волокна являются самыми дорогими армирующими волокнами. Цена на тканые маты составляет около 500 датских крон/кг. Прочность на разрыв: 2000-5000 МПа

Углеродное волокно имеет много особых преимуществ в весе и эксплуатационных характеристиках, но его использование сдерживается дорогостоящими процессами изготовления, ремонта и переработки. Прелесть углеродного волокна в том, что его можно изготовить таким образом, что направленными характеристиками (с точки зрения реакции на приложенную силу) можно манипулировать для получения наилучших результатов практически при любых обстоятельствах. В то время как такой материал, как сталь, будет иметь желаемые характеристики при воздействии сил определенным образом или с определенных направлений, слабые места останутся. Возможность расположить волокна в соответствии с конкретными силами, воздействующими на деталь, означает, что можно устранить больше слабых мест.

Существуют различные категории углеродных волокон, основанные на модуле упругости, прочности на разрыв и температуре конечной термообработки. В процессе карбонизации температура термообработки варьируется от 10000 C до 20000 C, каждый уровень воздействия создает различные свойства волокна. Например, высокомодульный тип обрабатывается при 20000 C, 15000 C для высокопрочного типа, и 10000 C для низкомодульного и низкопрочного типа. Основные углеродные волокна изготавливаются на основе полиакрилонитрила (PAN) и смолы, и хорошо известны благодаря своему композитному армированию и термостойкому конечному применению.

Свойства углеродных волокон

ПАН

PITCH

Прочность г/де

18-70

14-30

Модуль упругости г/де

1640 – 3850

1000 5850

Удлинение (%)

0.4-2.4

0.2 – 1.3

Температура непрерывной работы (OF)

570 – 1000

ПРИМЕНЕНИЯ:

Тканый материал

Авиационная и аэрокосмическая промышленность
Автомобильная промышленность
Спортивное и рекреационное оборудование
Морские
Общее машиностроение

Пряжа/волокно

Армирующие композиты и резина
Фильтрация

СТЕКЛОВОЛОКНО:

Стекловолокно состоит из оксида кремния с добавлением небольшого количества других оксидов. Стекловолокно отличается высокой прочностью, хорошей термостойкостью и коррозионной стойкостью, а также низкой ценой. Существует два основных типа стекловолокна: E-стекло и S-стекло. Первый тип является наиболее используемым и получил свое название благодаря хорошим электрическим свойствам. Второй тип – очень прочный (S-стекло), жесткий и термостойкий. Используется в качестве армирующего материала во многих отраслях, например, в автомобильной и морской промышленности, спортивном оборудовании и т.д. Они производятся методом прядения, при котором они вытягиваются через сопло из расплавленного стекла (тысячи метров/мин).Стекловолокна очень дешевы. Их цена для тканых матов составляет около 15 датских крон/кг.

Стекловолокна полезны благодаря высокому отношению площади поверхности к весу. Однако повышенная площадь поверхности делает их гораздо более восприимчивыми к химическому воздействию. Задерживая воздух внутри себя, блоки стекловолокна служат хорошей теплоизоляцией с теплопроводностью порядка 0,05 Вт/(м-К).

Прочность стекла обычно проверяется и указывается для “девственных” или нетронутых волокон – тех, которые только что были изготовлены. Самые свежие, тонкие волокна являются самыми прочными, потому что тонкие волокна более пластичны. Чем больше поверхность поцарапана, тем меньше прочность. Поскольку стекло имеет анаморфную структуру, его свойства одинаковы вдоль и поперек волокна. Влажность является важным фактором, влияющим на прочность при растяжении. Влага легко адсорбируется и может ухудшить микроскопические трещины и поверхностные дефекты, а также снизить прочность.

В отличие от углеродного волокна, стекло может претерпевать большее удлинение перед разрывом. Существует корреляция между диаметром изгиба нити и диаметром нити. Вязкость расплавленного стекла очень важна для успеха производства. Во время вытяжки (вытягивания стекла для уменьшения окружности волокна) вязкость должна быть относительно низкой. Если оно слишком высокое, волокно будет ломаться во время вытягивания. Однако если оно слишком низкое, стекло будет образовывать капли, а не вытягиваться в волокно.

ПРИМЕНЕНИЯ:

Тканое полотно

Автомобильная промышленность
Фильтрация
Армирование – пластик/резина/цемент
Теплоизоляция
Печатные платы – электрические

Игольчатый войлок

Авиационная и аэрокосмическая промышленность
Прокладочный материал
Фильтрация
Теплоизоляция и прокладки
Акустическая изоляция

АРАМИДНОЕ ВОЛОКНО:

Арамидные волокна известны своей большой твердостью и стойкостью к проникновению. Благодаря своей прочности арамидные волокна используются там, где требуется высокая непроницаемость, например, в пуленепробиваемых жилетах, велосипедных шинах, крыльях самолетов и спортивном оборудовании.
Эти волокна не так распространены, как стеклянные или углеродные волокна, в основном из-за их стоимости, высокого водопоглощения и сложности последующей обработки. Они производятся из ППТА . Погруженный в сильную кислоту при температуре -50 C, PPTA образует жидкие кристаллы. Жидкость протягивают через сопло при температуре 200 С: кислота испаряется, а кристаллы приобретают ориентацию. Наконец, волокна вытягиваются при температуре 500 С. Очень дорогие волокна. Цена на тканые маты составляет около 400 датских крон/кг. Прочность на разрыв: около 3 600 МПа. Свойства арамидных волокон зависят от условий производства.

Арамидное волокно – это искусственный органический полимер (ароматический полиамид), получаемый путем прядения твердого волокна из жидкой химической смеси. Получаемые ярко-желтые нити могут иметь различные свойства, но все они обладают высокой прочностью и низкой плотностью, что приводит к очень высокой удельной прочности. Все марки обладают превосходной стойкостью к ударам, а марки с более низким модулем упругости широко используются в баллистических системах.

Проверенный опыт в яхтенном такелаже предоставляет безграничные возможности для замены традиционного стального троса на арамидный такелаж. Наша технология бесконечной намотки для концевой арматуры заменяет традиционную менее прочную конусную арматуру в решениях из стальной проволоки.
Кабели могут быть на 50% меньше в диаметре и, следовательно, намного легче!

ПРИМЕНЕНИЯ:

огнестойкая одежда.
теплозащитная одежда и шлемы.
канаты и тросы.
бетон, армированный волокнами

СФЕРА БУДУЩЕГО:

Читайте далее: