Углеродные рукава: описание, характеристики, применение

Углеродный рукав представляет собой композитный полуфабрикат в виде многослойной оплетки. Он отличается высоким пределом прочности при малом весе. Продукци производится из углеродного волокна.

Содержание:

1. Структура углеродного рукава
2. Метод производства
3. Технические характеристики материала
4. Промышленное применение

Структура углеродного рукава

Композит формируется из множества единичных нитей — филаментов. Их количество колеблется в диапазоне 1000—24000. Волокна объединяются в пучки — ровинги, которые затем связываются между собой в несколько слоев на специальных машинах. Благодаря эластичности плетения рукав может иметь переменный диаметр. При растяжении до максимального размера волокна в таких изделиях располагаются под углом 45° друг к другу.

Метод производства

Полуфабрикат изготавливают из угле-, стекло и арамидного волокна, которое получают с помощью пиролиза органических нитей. В качестве сырья могут использоваться вискоза, полиакрилонитрил, фенольные смолы, нефтяные и каменноугольные пеки. В результате термического воздействия происходит карбонизация полуфабриката — неуглеродные соединения отторгаются, из исходного материала сохраняются только атомы углерода. Процесс включает несколько стадий.

1. Первичная обработка: нагрев при подаче воздуха до 250 °С в течение суток. В процессе происходит окисление сырья и образование в нем лестничных структур.
2. Карбонизация: волокна помещают в азотную или аргоновую среду, нагретую до 800—1500 °C. В материале появляются графитоподобные структуры. Это переходный этап.
3. Графитизация: волокна выдерживают в инертной среде в температурном диапазоне 1600—3000 °C до тех пор, пока количество углерода не дойдет до 99%.

Карбоновые нити различной плотности подаются на машины радиального плетения, на которых по заданной программе изготавливаются рукава (чулки) с определенным количеством слоев. Современные технологии позволяют производить брейдинговые изделия, в которых значительная подвижность нитей совмещается с высокой сопротивляемостью расслаиванию.

Технические характеристики материала

Углеродный рукав обладает теми же свойствами, что и ткань, но при этом характеризуется большей прочностью. Он способен выдерживать значительные механические нагрузки: трение, разрыв, вибрации. Его отличают:

• малый вес — карбоновый чулок примерно в 4 раза легче стали такого же объема;
• коррозийная стойкость — не разрушается под воздействием неблагоприятных условий или агрессивных химических веществ;
• электропроводимость — может использоваться в качестве проводника или полупроводника; обеспечивает защиту от электромагнитного излучения, однако проницаем для рентгена;
• термостойкость — сохраняет свои качества при высоких температурах, в процессе нагрева незначительно расширяется;
• пластичность — за счет плетеной структуры некоторые виды рукавов способны менять размер;
• легкость в обработке — характеризуется хорошей адгезией с эпоксидной и полиэфирной смолой.

Углеродный рукав упрощает изготовление сложных деталей, снижая трудозатраты на раскрой и формовку элементов. Поэтому карбоновый чулок активно применяется для производства изделий с криволинейной поверхностью.

Промышленное применение

Многослойные рукава из карбона (углерода) обладают хорошей драпируемостью. Это свойство в сочетании с высокой прочностью обусловили популярность материала во многих сферах, включая стратегически значимые отрасли промышленности.

Углеродные чулки можно встретить:

• в авиа- и ракетостроении. Из них изготавливают элементы моторов, шпангоутов, лонжеронов, винтов, лопастей, обшивку корпуса;
• автомобильном производстве. Из рукавов делают детали для колесных дисков, топливных баков, прицепов, моноблоки для гоночных болидов. Ими армируют рамы, крыши, бамперы;
• строительстве. С помощью рукавов усиливают опоры ЛЭП, несущие конструкции зданий и мостов, перекрытия;
• спорте. Карбоновый чулок применяют при изготовлении и ремонте спортивного инвентаря: ракеток для тенниса, хоккейных клюшек, весел, спиннингов, туристического снаряжения;
• в нефтяной промышленности. Материал используется в производстве баллонов, рассчитанных на высокое давление.

Применение брейдинговых карбоновых рукавов снижает себестоимость изделий, поскольку упрощает технологию и сокращает сроки их производства, а также уменьшает долю ручного труда.