Углеродные однонаправленные ленты: технология производства, характеристики, сфера применения
К углеродным однонаправленным лентам (УОЛ) относят композитные ткани, в которых более 85% волокон располагаются параллельно друг другу. Такой порядок размещения нитей придает материалу большую прочность на разрыв и способность выдерживать значительные статические, динамические, вибрационные, ударные нагрузки в определенном векторе. Углеродные волокна по прочности и упругости в несколько раз превосходят сталь, алюминий, титан. Кроме того, они имеют лучшие механические показатели по сравнению с тканями, т. к. не образуют перегибов при плетении.
Содержание:
Технология производства изделий из УОЛ
Углеродные волокна для однонаправленных тканей получают преимущественно из полиакрилонитрила. Материал подвергают высокотемпературному воздействию в инертной среде. Для основы ткани используют углеродное волокно, уток делают из прочных стеклянных, арамидных или термоклеевых нитей. В результате получается материал с поверхностной плотностью в диапазоне 100—530 г/м² и разрушающим напряжением при натяжении 4000—5900 МПа.
В зависимости от вида углеродная лента наносится на несущую конструкцию в один или несколько слоев. Обрабатываемую поверхность покрывают адгезивом. УОЛ укладывают без складок и излишнего натяжения, а затем прикатывают в направлении волокон. В качестве связующих применяют эпоксидные или винилэфирные смолы. Необходимо следить, чтобы пропитка равномерно распределялась по всей поверхности ленты. После полимеризации связующих получается изделие с прочным внешним армированием, которое поддается различным видам декоративной отделки. Его можно окрашивать, шпатлевать, покрывать лаком и т. д.
Для работы с углеродной лентой не нужно использовать специальное оборудование или дорогостоящие защитные средства. Это упрощает производство изделий из УОЛ и снижает их цену
Технические характеристики материала
Однонаправленные углеродные ленты обладают целым комплексом полезных свойств:
- большой прочностью — материал отличается очень низкими показателями на растяжение и ползучесть в направлении укладки волокон;
- термостойкостью — углеродные нити способны сохранять свои свойства при бескислородном нагреве до 2000 °С;
- малым весом — в отличие от других способов усиления УОЛ практически не увеличивает вес конструкции;
- универсальностью применения — ленту можно использовать как на прямых, так и на криволинейных, и угловых поверхностях различных типов; она принимает любую форму и прочно сцепляется с бетоном, металлом, деревом;
- коррозионной стойкостью — материал невосприимчив к агрессивным средам, имеет высокий предел усталости;
- неприхотливостью — для хранения лент не требуется особых условий, достаточно сухого, периодически вентилируемого помещения; они не нуждаются в сложном обслуживании и регулярном ремонте.
Эффективность использования УОЛ в значительной мере зависит от правильного расчета нагрузок. Важно обеспечить совместную работу армирующего элемента и усиливаемой конструкции. С этой целью вычисляют оптимальную площадь сцепления углеродной ленты с поверхностью или выполняют анкеровку
Область применения
Благодаря высоким эксплуатационным качествам однонаправленные углеродные ленты оказались востребованы во многих сферах.
- Строительство. УОЛ используют для усиления различных элементов зданий и сооружений. В отличие от металлической арматуры углеродная лента со временем не ржавеет и не вызывает разрушение бетона. Она позволяет предотвратить преждевременную деформацию опорных балок и колонн, препятствует прогибу перекрытий и пролетов мостов, не дает распространяться трещинам.
- Аэрокосмическая отрасль. Поскольку углеткань сочетает малый вес с высокой прочностью, ее активно используют для обшивки корпусов и других деталей самолетов и ракет.
- Энергетика. УОЛ используют при возведении опор для электрогенерирующих установок, производстве лопастей для ветряков.
- Судостроение. Материал не разрушается под воздействием морской воды, поэтому углеродные ленты применяют для отделки корпусов яхт и катеров.
- Химическая промышленность. Из углеткани производят электроизолирующие чехлы и гибкие нагревательные ленты для поддержания нужной температуры в различных резервуарах и трубопроводах.
В отличие от традиционных материалов однонаправленные углеродные ленты дают возможность существенно уменьшить сроки работ и снизить трудозатраты. При их использовании можно проводить армирование без остановки эксплуатации объекта.