Далёкий • дочка росатома запустила опытную линию получения углеродного волокна, производительностью 1 т/год

Содержание материала

Рейтинг лучших карбоновых спиннингов

Mikado X-plode — штекерный карбоновый спиннинг. Его длина 2,4 м, тест 5−23 г, вес 176 г, медленный строй. Используется для рыбалки на блесны.

Kosadaka Voyager Tele 210 M — удочки телескопические, карбоновые; имеют размеры: длина 2,1 м, длина в сборке 0,8 м, тест 10−30 г, быстрый строй. Ввиду компактных размеров в сложенном виде отличается удобством транспортировки.

Shimano Dialuna — дорогие спиннинговые карбоновые удилища. Длина 2,59 м, быстрый строй, тест 5,21 г, вес 126 г. Это мощный бланк, который позволяет ловить рыбу крупных размеров.

Sams Fish — маховое удилище карбоновое, 6 метров, количество секций — 7, длина в сложенном виде — 112 см, тест 5−30 г, вес 276 г. У этой конструкции быстрый суперчувствительный строй, удобная рукоятка, высокая прочность.

Состав

Мы можем назвать три основных семейства широко используемых волокон:

бывшие целлюлозные волокна: полученные карбонизацией таких материалов, как бумага или вискоза;
ex-PAN волокна: разработаны с 1960-х годов с использованием PAN в качестве прекурсора. Они широко используются в качестве арматуры в композитах. В настоящее время используются два типа волокон: высокопрочные волокна с большим удлинением при разрыве и волокна с высоким модулем Юнга ;
ex-brais волокна: изготовлены из ароматических остатков от перегонки нефти или угля.

Волокна, полученные химическим осаждением из паровой фазы из предшественника углерода, такого как бензол, имеют различные свойства и области применения и обычно называются « углеродными нановолокнами ».

Углеродное волокно — это материал с очень высоким содержанием углерода (более 90% по массе). На атомном уровне волокно состоит из полиароматических углеродных листов, уложенных друг на друга по структуре, которая может быть очень близка к структуре графита , но также может быть более неупорядоченной, чем графит (турбостратный углерод, в котором стопка углеродных листов содержит дефекты). Уровень графитации волокон зависит от используемого прекурсора, а также от используемого метода производства. Расположение стопок углеродных листов составляет микроструктуру углеродных волокон, это также зависит от предшественника углерода и от процесса синтеза.

Усиление железобетонных конструкций углеволокном

Работы по усилению конструкций зданий и сооружений могут выполняться разными способами. Но в современных реалиях одним из наиболее эффективных методов является использование углеродных и композитных материалов. Сейчас в продаже есть большой выбор качественной и относительно недорогой продукции зарубежных и российских производителей, поэтому купить материалы для усиления железобетонных конструкций, каменной кладки или кирпичных стен можно по вполне доступным ценам.

Полуфабрикаты из композитов и углеродных материалов целесообразно использовать для усиления строительных конструкций, зданий и сооружений, потому что они:

прочные по физико-механическим характеристикам (модулю упругости и пределам прочности на растяжение, изгибание и срез) материалы на основе углеродных волокон в несколько раз превосходят конструкционную сталь;
долговечные углеродные ткани, жгуты и сетки для усиления несущих конструкций не подвержены коррозии, обладают высокой стойкостью к агрессивным средам и практически неограниченным сроком службы;
легкие при равной прочности углеродные материалы весят в 10 раз меньше стали, поэтому их удобно применять для усиления конструкции ветхих зданий и исторических объектов, не допускающих увеличения нагрузок на фундамент, стены и перекрытия.

Композитные и углеродные материалы для усиления строительных конструкций справляются со своими задачами без изменения конструктивных схем. Технология их использования не требует масштабных работ и позволяет выполнять ремонт, не прерывая нормальное функционирование объекта. Работы по усилению конструкций зданий и сооружений с помощью композитов и материалов на углеродной основе выполняются небольшими бригадами в сжатые сроки.

Вы слышали про углепластик или карбон?

Углепластик, или карбон (от англ. carbon), — это современный, легкий, но очень прочный материал, применяемый в аэрокосмической отрасли, и незаменимый во многих отраслях промышленности (производство спортивного инвентаря, медицинского оборудования, автомобилестроение и так далее). Благодаря возможности его переработки и технологии производства карбоновые детали могут иметь различную форму и габаритные размеры.

На стадии проектирования (расчета на прочность композитов) задаются параметры будущего материала, и за счет определенной ориентации волокон в полимерной матрице, например, в эпоксидной смоле, достигается оптимальное соотношение веса и прочности. Карбон используется в тех изделиях, где его отношения веса к прочности имеет существенное значение. Это в свою очередь повышает экономическую выгоду, потому что при сочетании в себе множества достоинств данный материал стоит недешево, что связано с особенностями технологии его производства и немалой долей ручного труда, непосредственно в процессе изготовления деталей из карбона. Некоторые изделия из углепластика нелегко массово производить и поэтому такое производство обходится очень дорого. Если бы можно было сказать, что углеродное волокно имеет какие-либо недостатки, это были бы издержки производства.

Этот материал стал настолько популярен, что существует не мало других синтетических материалов, которые имитируют настоящее углеволокно. Тем не менее, имитации часто представляют собой только пластик, выполненный в виде структуры углеродного волокна или различные пленки. Carbon Composites использует только высококачественные углеткани.

Как получают углеродное волокно ?

Углеродные волокна изготавливаются путем термической обработки тончайших нитей углерода с последующей карбонизацией (т. е. нагрев в азотной среде) и графитизацией (т. е. насыщение углеродом для повышения прочности). Углеродные ткани (углеткани) получают путем плетения нитей или лент.

А то, что обычно называют углепластик или карбон, представляет собой материал, состоящий из углеродных тканей, лент, волокон, и при соединении с полимерной матрицей (эпоксидной смолой или другими полимерами) под действием тепла, давления и/или в вакууме образуется композитный материал, который является одновременно прочным и легким. Это делает его особенным.

Изделия из карбона от компании Carbon Composites

В последние годы производство изделий из углепластика заметно выросло, и во многих отраслях всё активнее применяется этот по-настоящему уникальный материал. Покупателям компании Carbon Composites доступны изделия из карбона на заказ, выполненные из композитных материалов, максимально подходящих под выбранный проект. Вы можете заказать карбоновые детали высокого качества, обладающие всеми преимуществами данного материала и изготовленные в строгом соответствии с технологией

Немаловажное преимущество изготовления изделий карбона на заказ — в том, что они могут формоваться как единое целое, что позволяет избежать появления слабых мест в конструкции (которые неизбежно возникают в металлических конструкциях из-за формирования изгибов и соединений). Карбон позволяет создавать цельные изделия, в которых нагрузка равномерно распределяется по всей площади

А поверхность из многочисленных нитей в составе углепластика очень красиво переливается на свету.

Используйте все преимущества углепластика (карбона) — материала будущего — заказывая продукцию в компании Carbon Composites.

Лада Веста — цвет «Металлик ангкор»

Ангкор – шоколадный тон, который украшен металлизированным серым оттенком. Под солнечными лучами ангкор переходит к золотистому, желтому цвету. Отлично смотрится в пасмурную погоду, машина становится коричневой. Плюсы. Красиво переливается, в любую погоду выглядит ярко и стильно. Минусы. Покрытие достаточно редкое, действует доплата 12 тысяч рублей.

Отзывы

Артем: «Я не в восторге от цвета после того, как посмотрел его в реальности, а не на фотографиях. Для Лады Весты голубой цвет подходит намного больше, да и черная машина тоже смотрится лучше».

Роман: «Очень глубокий тон – такое впечатление, что хамелеон. Постоянно меняется, в зависимости от времени суток, погоды, освещения».

Ольга: «Ярко, но не вульгарно выглядит авто – то, что я достаточно давно искала. Сначала рассматривала Ладу Весту серебристого цвета или «Фантом», но все же остановилась на коричневом. Очень красивый»

Примеры спиннингов

В настоящее время, в рыболовных магазинах, представлен очень широкий ассортимент углепластиковых спиннингов. На любой, как говорится, вкус и кошелек. Рассмотрим некоторые из них подробнее.

MIKADO X-PLODE LIGHT SPIN 240 (WAA238-240)

Это штекерный, не очень дорогой спиннинг из углеволокна от известного производителя. Его качественные характеристики: длина в рабочем состоянии 2.4 метра, тест 5 – 23 гр, вес 176 грамм, строй – медленный.

Прекрасно подойдет для ловли джигом и на блесны.

KOSADAKA Voyager Tele 210 M (SVOGTE210M)

Это телескопический спиннинг из карбона. Его параметры: длина в рабочем состоянии 2.1 м, длина в собранном виде 0.8 м, строй – быстрый, тест 10- 30 гр.

Предназначен для всех рыболовов, которые предпочитают или вынуждены иметь дело с компактными снастями.

SHIMANO DIALUNA XR S806L

Достаточно дорогой, но очень качественный бланк. Его характеристики: длина 2.59 м, тест 5 -21 гр, строй – быстрый, вес 126 гр.

Разработано для рыболовов, которые хотят иметь удилище с бескомпромиссной эффективностью для контроля большой рыбы.

Достоинства карбоновых рам

Карбон имеет очень высокую прочность, превосходя в этом некоторые высокопрочные стали. И в тоже время – очень малый вес, в 2-3 раза меньший, чем у титана. По комплексному параметру «прочность-легкость» углепластик – один из лучших, если вообще не самый лучший материал. Именно эти качества обеспечили его использование при изготовлении не только велосипедов, но и многих других бытовых и промышленных изделий высшего качества и даже в авиастроении.

Велосипедные рамы из карбона получаются прочными и очень легкими. Вдобавок к этому углепластик хорошо гасит вибрацию и не поддается коррозии. По сравнению с титаном, он обеспечивает большую жесткость рамы, облегчая езду по пересеченной местности и в гору. Усовершенствованная технология производства карбоновых деталей позволяет изготавливать не только рамы для велосипедов, но и другие элементы – выносы, рули, вилки, шатуны, подседельные штыри и даже звездочки.

Производство из материала 21-го века по технологиям 19-го

Нужно сказать, что процесс изготовления карбоновой рамы мало похож на производство 21 века. Скорее он напоминает работу в мастерской дофордовских времен. Основная часть операций делается вручную. Это объясняет, конечно, дороговизну карбона, из-за которой невозможен массовый спрос. А без массового спроса нет экономического смысла разрабатывать и строить автоматические линии. Процесс изготовления велосипедных рам из углепластика требует много рабочих рук. Это наряду с дороговизной материала делает карбоновые рамы дорогим удовольствием.

Итак, что представляет собой процесс изготовления велосипедной рамы из углепластика?

Из всех компаний-производителей велосипедов лишь две (Giant и Time) в качестве исходного сырья использует карбоновые нити. Другие фирмы предпочитают закупать уже готовую углеволоконную ткань.

Если рассматривать процесс изготовления рам на примере Giant и Time, то исходный материал для карбоновых велосипедных рам представляет собой катушку толстых ниток. Вернее сказать, несколько десятков катушек, которые надеты на бобины. Множество карбоновых нитей проходят через станок, превращаясь в листы, шириной в 3 фута, пропитанные смолой.

Достоинства и недостатки удилищ из карбона

Плюсы и минусы есть у всего, в том числе и у товара, изготовленного из карбона. Итак, к положительным сторонам продукции относятся:

вес, такие изделия очень легкие, руки не устают их держать, подсечка производится с легкостью;
гибкость, благодаря ей заброс удилища происходит на более дальнее расстояние с большей точностью;
чувствительность, позволяет вытаскивать рабу вовремя так как малейшие колебания от клева сразу передаются в руку.

Что касается отрицательных качеств, то их намного меньше:

хрупкость, один из основных минусов, но для того, чтобы сделать продукцию прочнее, инженеры добавляют дополнительные элементы для изменения данного параметра. Но подобные манипуляции делают товар только дороже, от чего спрос падает и производителям приходится снова изменять конструкцию.

Как видно из перечня, недостатков у карбоновых удилищ намного меньше, чем достоинств, такой контраст напрямую влияет на выбор любителей рыбалки.

Особенности

Названия углеволокно и карбон, а в ряде источников еще и углеродное волокно встречаются очень часто. Но представление о действительных характеристиках этих материалов и возможностях их использования у многих людей достаточно разное. С технической точки зрения, этот материал собран из нитей сечением не менее 5 и не более 15 мкм. Почти весь состав приходится на долю углеродных атомов — отсюда и название. Сами эти атомы сгруппированы в четкие кристаллы, которые образуют параллельные линии.

Подобное исполнение обеспечивает очень большую устойчивость к растягивающему усилию. Волокно из углерода нельзя считать совершенно новым изобретением. Первые образцы похожего материала получал и использовал еще Эдисон. Позднее, в середине ХХ века углеволокно пережило ренессанс — и с этого момента его использование неуклонно возрастает.

Синтез

Синтез углеродного волокна из полиакрилонитрила (ПАН):

Полимеризация акрилонитрила в ПАН,
Циклизация при низкотемпературном процессе,
Высокотемпературная окислительная обработка карбонизации (удаление водорода). После этого начинается процесс графитизации, при котором удаляется азот и цепи соединяются в графитовые плоскости.

Каждая углеродная нить производится из полимера, такого как полиакрилонитрил (PAN), вискоза или нефтяной пек . Все эти полимеры известны как прекурсоры . Для синтетических полимеров, таких как PAN или искусственный шелк, прекурсор сначала прядут в филаментные нити с использованием химических и механических процессов для первоначального выравнивания молекул полимера таким образом, чтобы улучшить конечные физические свойства готового углеродного волокна. Состав прекурсора и механические процессы, используемые при прядении элементарной пряжи, могут различаться у разных производителей. После вытяжки или прядения пряжа из полимерных нитей нагревается для удаления неуглеродных атомов ( карбонизация ) с получением окончательного углеродного волокна. Нити из углеродных волокон могут быть дополнительно обработаны для улучшения эксплуатационных качеств, а затем намотаны на бобины .

Гибкость ткани на основе углеродного вискозы

Обычный метод производства включает нагревание пряденных нитей PAN примерно до 300 ° C на воздухе, что разрывает многие водородные связи и окисляет материал. Окисленного ПАН затем помещают в печь , имеющей инертную атмосферу газа , такого как аргон , и нагревают до примерно 2000 ° С, который индуцирует материала, изменение структуры молекулярной связи. При нагревании в правильных условиях эти цепи связываются из стороны в сторону (лестничные полимеры), образуя узкие листы графена, которые в конечном итоге сливаются, образуя единую столбчатую нить. В результате обычно 93–95% углерода. Волокно более низкого качества может быть произведено с использованием пека или искусственного шелка в качестве прекурсора вместо PAN. Углерод может быть дополнительно усилен до высокомодульного или высокопрочного углерода с помощью процессов термообработки. Углерод, нагретый в диапазоне 1500–2000 ° C (карбонизация), демонстрирует самый высокий предел прочности на разрыв (5650 МПа или 820 000 фунтов на квадратный дюйм ), тогда как углеродное волокно, нагретое от 2500 до 3000 ° C (графитизация), демонстрирует более высокий модуль упругости (531 ГПа). , или 77000000 фунтов на квадратный дюйм).

Номенклатура изделий из карбонового волокна

карбоновые ткани

Главным изделием из высокомодульного волокна карбона является углеродная (карбоновая) ткань толщиной 1,6 – 5,0 мм, имеющая структуру плетеного полотняного переплетения плотностью от 520 до 560 г/м².

Карбоновые ткани, обладатели нулевого коэффициента линейного расширения, имеют высокую стойкость к деформациям и коррозии.

Характеристиками стандартных углеродных тканей являются:

содержание углерода, разрывная нагрузка (МПа), модуль упругости (Гпа), удлинение, линейная плотность.

Параметрами карбоновых тканей являются:

ширина полотна 1000-2000мм
содержание углерода 98,5%
плотность 100-640 г/м2
толщина 0,25-0,30 мм.

Кроме карбоновых тканей основными изделиями высокомодульного волокна являются ленты и шнуры.

Различают следующие виды плетения тканей карбоновых, которые в определенной мере влияют на подвижность изделия:

полотняное переплетение, созданное по принципу переплетения каждой нити основы с уточной нитью 1/1, создавая лучшую прочность и подвижность ткани
сатиновое переплетение, при котором одна нить утка переплетает 4-5 нитей основы, уменьшая возможность сильного изгиба ткани
саржевое переплетение, у которого количество нитей основы перекрыто таким же количеством нитей утка.

Примером возможности саржевого переплетения является разноцветная карбоновая ткань. Карбоновую ткань разноцветную успешно используют при создании кевларовой одежды и вещей, отличающихся гигроскопичностью и способностью к воздухообмену. Кевлар из технических нитей с различной плотностью и структурой уже вошел в обиход авто и военной индустрии, потеснив стеклохолст и сталь.

Преимущества карбона ярко выражены в изделиях из карбонизированного углепластика.

изделия из карбонизированного волокна

Номенклатура изделий из карбонизированного волокна более расширена и представлена:

углеродной тканью карбонизированной RK-300 (заменитель стеклоткани)
тканью с односторонним алюминиевым покрытием RK-300AF (улучшенные свойства за счет термоэкрана позволяют использовать карбон в качестве теплоизоляционного обмоточного материала)
углеродными конструкционными тканями 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k
карбонизированными лентами и шнурами.

Тканый холст из карбонового или карбонизированного волокна отлично выполняет функции армирования, независимо от типа наполнителя.

Кроме того, с использованием карбонизированных волокон изготавливают экраны, поглощающие ЭМИ, термопары и электроды, а также радиотехнические изделия.

производство бассейнов с карбоновым усилением

При производстве бассейнов с усилением из карбона в технологию вводят этап добавления в керамический слой карбоновое усиление, древесную бальсу и вспененный каучук. Основанием создания двойного каркаса чаши бассейнов с карбоновым усилением послужили построенные эпюры нагрузки и допустимые напряжения на материал.

Сделаем, вывод, что набирающая обороты популярность использования карбонового волокна в перспективе сможет вытеснить с рынка армирующие материалы.

Общая информация

Данная статья описывает основные аспекты метода усиления конструкций углеволокном, а если точнее – технологию внешнего армирования строительных конструкций композитными материалами на основе углеродных волокон. Данный материал служит для ознакомления с основами данной технологии, вариабельностью применяемых материалов, но не может использоваться в качестве технологического, или проектного руководства в виду своей поверхностности и обобщенности.

Усиление конструкций углеволокном – относительно новый для России метод – первые реализованные в нашей стране объекты датированы 1998 годом. Заключается этот метод в наклеивании на поверхность конструкции высокопрочного углеволокна, воспринимающего на себя часть усилий, тем самым повышая несущую способность усиленного элемента. В качестве клея применяются специальные конструкционные адгезивы (связующее) на основе эпоксидных смол, либо минерального вяжущего. Благодаря высоким физико-механическим характеристикам углеволокна, повысить несущую способность конструкции можно практически без потери полезного объема помещений и увеличения собственного веса здания – толщина усиливающих элементов обычно составляет от 1 до 5 мм.

Следует понимать, что «углеволокно» — это материал (например, как бетон), а не конечное изделие. Из углеволокна изготавливают целый набор материалов, некоторые из которых применяются в строительстве – углеродные ленты, ламели и сетки.

В подавляющем большинстве случаев усиление углеволокном применяется для железобетонных конструкций – это обусловлено высокими технико-экономическими показателями реализации таких проектов. Однако, данная технология применима и к металлическим, деревянным и каменным зданиям и сооружениям.

Основные сведения

Основная составляющая часть углепластика — это нити углеродного волокна, состоящего в основном из атомов углерода. Такие нити очень тонкие (примерно 0,005-0,010 мм в диаметре), сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и др.).

Для придания ещё большей прочности ткани, нити углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Термическая обработка состоит из нескольких этапов:

Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.
Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков. Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна, но, при этом, обходятся значительно дороже.

Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоёв используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклонитью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудование (к примеру, такое как автоклав).

Недостатки

При производстве углепластиков необходимо очень строго выдерживать технологические параметры, при нарушении которых прочностные свойства изделий резко снижаются. Необходимы сложные и дорогостоящие меры контроля качества изделий (в том числе, ультразвуковая дефектоскопия, рентгеновская, оптическая голография и даже акустический контроль).

Другим серьёзным недостатком углепластиков является их низкая стойкость по отношению к ударным нагрузкам. Повреждения конструкций при ударах посторонними предметами (даже при падении инструмента на неё) в виде внутренних трещин и расслоений могут быть невидимы глазу, но приводят к снижению прочности; разрушение повреждённой ударами конструкции может произойти уже при относительной деформации, равной 0,5 %.

Дочка росатома запустила опытную линию получения углеродного волокна, производительностью 1 т/год