Короткие волокна

Единой классификации волокон в настоящее время не существует. Волокнистые материалы в зависимости от длины волокон подразделяются на длинноволокнистые с непрерывным волокном и штапелированные с коротким волокном, резаные нити. Длину волокна определяет способ производства.
Промышленное производство углеродных волокон началось в 1958 году, в основу такого материала легли вискозные волокна. Однако задолго до этого, в далеком 1880 году Томас Алва Эдисон, известный миру, в первую очередь, как изобретатель лампы накаливания, запатентовал получение и возможное применение углеродных волокон.
Интерес к углеродным волокнам со стороны человечества был вызван поиском композитных материалов для производства ракетных двигателей. Но, несмотря на то, что первые полученные промышленным способом волокна имели достаточно высокие технические показатели, они еще не могли использоваться в полной мере. Всего через пару лет после начала производства углеродных волокон был предложен новый способ. Теперь углеродные волокна изготавливались с помощью ступенчатой высокотемпературной обработки ГТЦ-волокон (от 900°С до 2500°С), это позволяло достигать значений предела прочности при растяжении до 1030 МПа и модуля упругости 40ГПа. Короткие монокристаллические углеродные волокна («усы») появились в 1960 г. Они имели технические характеристики прочности до 20ГПа и модуль упругости 690ГПа. Короткие волокна производились в электрической дуге при температуре 3600°С и давлении 0,27 МПа. Короткие волокна хороши тем, что на их основе создаются гибридные полимерные волокна, например, при дальнейшем производстве короткие волокна легко заполняют собой пустоты в межволоконном пространстве. С этой же целью применяются нитевидные кристаллы, что резко повышает «поперечные» механические свойства конечного продукта. Еще одно важное свойство коротких углеродных волокон в возможности получения листовых (слоистых) бумажных пластиков - гетинаксов. Кроме того, короткие волокна опосредовано используются сотовых конструкциях: в них используются бумаги на химических волокнах, например, арамидные термостойкие волокна, либо бумаги из коротко резаных углеродных волокон.
Сегодня углеродные волокна выращиваются термической обработкой природно-органических или химических волокон, после которой материал волокна содержит лишь атомы углерода с незначительным количеством других химических соединений. Температурную обработку выполняют в несколько этапов:
1. 24-х часовое окисление вискозного или полиакрилонитрильного волокна на открытом воздухе при температуре от 250 °С. В результате окисления получают лестничные структуры.
2. Карбонизация - нагрев волокна в азотной или аргоновой среде при температуре 800-1500°С. Результатом карбонизации является образование графитоподобных структур.
3. Термическая обработка заканчивается графитизацией (1600-3000°С), так же производящейся в инертной среде. В результате этого процесса полученное волокно содержит до 99% углерода.
Углеродные волокна, полученные в производственном процессе, в дальнейшем могут использоваться для изготовления не только специального оборудования, но и товаров народного потребления. Так, углеродные волокна применяются для производства клюшек для гольфа, ведь сама клюшка должна быть легкой, в то же время - иметь достаточную прочность, особенно при изгибе и жесткость при кручении. Кроме того, любое тонкостенное изделие обязательно содержит в своем составе углеродные волокна, например, удилища - само по себе удилище является легким, выполненным из тонкостенных но в то же время достаточно прочных, чтобы не сломаться во время ловли, трубочек. Нашли применение углеродные волокна и в спорте, сегодня из них выпускаются теннисные ракетки, что позволяет обеспечивать достаточную скорость летящего мяча и хорошие демпфирующие свойства самой ракетки.

29.06.2013

29.06.2013, 1133 просмотра.