Из Википедии, бесплатной энциклопедии
  (Перенаправлено с углеродного волокна )
Перейти к навигации Перейти к поиску
«Углеродное волокно» перенаправляется сюда. Для углеродных волокон см. Углеродные волокна .

Хвост радиоуправляемого вертолета , сделанный из углепластика

Полимер, армированный углеродным волокном ( американский английский ), полимер, армированный углеродным волокном ( английский язык Содружества ), или пластик , армированный углеродным волокном , или термопласт, армированный углеродным волокном ( CFRP , CRP , CFRTP , также известный как углеродное волокно , углеродный композит или просто углерод ), является чрезвычайно прочными и легким армированным волокном пластик , который содержит углеродные волокна . Слово «волокно» обычно используется за пределами США. Углепластик может быть дорогим в производстве, но обычно используется везде, где высокаяотношение прочности к весу и жесткость (жесткость) необходимы, например, в аэрокосмической отрасли, надстройках судов, автомобилестроении, гражданском строительстве, спортивном оборудовании , а также во все большем количестве потребительских и технических приложений. [1]

Связующий полимер часто представляет собой термореактивную смолу, такую ​​как эпоксидная смола , но иногда используются другие термореактивные или термопластичные полимеры, такие как полиэфир , сложный виниловый эфир или нейлон . Свойства конечного продукта из углепластика могут зависеть от типа добавок, вводимых в связующую матрицу (смолу). Наиболее распространенной добавкой является диоксид кремния , но можно использовать и другие добавки, такие как резина и углеродные нанотрубки .

Углеродное волокно иногда называют полимером, армированным графитом, или полимером, армированным графитовым волокном ( стеклопластик встречается реже, поскольку он вступает в противоречие с полимером, армированным стекловолокном ).

Свойства [ править ]

Углепластик - это композитные материалы . В этом случае композит состоит из двух частей: матрицы и арматуры. В углепластике усиление - углеродное волокно, которое обеспечивает его прочность. Матрица обычно представляет собой полимерную смолу, такую ​​как эпоксидная смола, для связывания арматуры вместе. [2] Поскольку углепластик состоит из двух различных элементов, свойства материала зависят от этих двух элементов.

Армирование придает углепластику прочность и жесткость, измеряемые соответственно напряжением и модулем упругости . В отличие от изотропных материалов, таких как сталь и алюминий, углепластик имеет свойства направленной прочности. Свойства углепластика зависят от структуры углеродного волокна и соотношения углеродных волокон по отношению к полимеру. [3] Два разных уравнения, управляющих модулем чистой упругости композитных материалов с использованием свойств углеродных волокон и полимерной матрицы, также могут быть применены к пластмассам, армированным углеродным волокном. [4] Следующее уравнение,

действительно для композиционных материалов с волокнами, ориентированными в направлении приложенной нагрузки. это общий модуль упругости композита, и являются объемные доли матрицы и волокна соответственно в композите, а также и являются модули упругости матрицы и волокон соответственно. [4] Другой крайний случай модуля упругости композита с волокнами, ориентированными поперек приложенной нагрузки, может быть найден с помощью следующего уравнения: [4]

Вязкость разрушения пластиков, армированных углеродным волокном, регулируется следующими механизмами: 1) расслоение углеродного волокна и полимерной матрицы, 2) вырывание волокна и 3) расслоение между листами углепластика. [5] Типичные углепластики на основе эпоксидной смолы практически не обладают пластичностью, с деформацией до разрушения менее 0,5%. Хотя углепластики с эпоксидной смолой обладают высокой прочностью и модулем упругости, механика хрупкого разрушения представляет собой уникальную проблему для инженеров при обнаружении отказов, поскольку отказ происходит катастрофически. [5] Таким образом, недавние усилия по ужесточению углепластика включают модификацию существующего эпоксидного материала и поиск альтернативной полимерной матрицы. Одним из таких многообещающих материалов является ПЭЭК., который демонстрирует на порядок большую ударную вязкость при аналогичном модуле упругости и прочности на разрыв. [5] Однако PEEK намного сложнее в переработке и дороже. [5]

Несмотря на высокое начальное отношение прочности к массе, конструктивным ограничением углепластика является отсутствие определяемого предела выносливости . Это означает, что теоретически нельзя исключать разрушение цикла напряжения. В то время как сталь и многие другие конструкционные металлы и сплавы действительно имеют поддающиеся оценке пределы усталости или выносливости, сложные режимы разрушения композитов означают, что характеристики усталостного разрушения углепластика трудно прогнозировать и учитывать при проектировании. В результате при использовании углепластика для критических приложений с циклической нагрузкой инженерам может потребоваться проектирование с учетом значительного запаса прочности, чтобы обеспечить надлежащую надежность компонентов в течение всего срока их службы.

Воздействие окружающей среды, такое как температура и влажность, может иметь серьезные последствия для композитов на основе полимеров, включая большинство углепластиков. Хотя углепластики демонстрируют превосходную коррозионную стойкость, воздействие влаги в широком диапазоне температур может привести к ухудшению механических свойств углепластика, особенно на границе раздела матрица-волокно. [6] Хотя сами углеродные волокна не подвержены влиянию влаги, проникающей в материал, она пластифицирует полимерную матрицу. [5] Это привело к значительным изменениям свойств, на которые в основном влияет матрица в углепластиках, таких как свойства сжатия, межслойного сдвига и ударных свойств. [7]Эпоксидная матрица, используемая для лопастей вентилятора двигателя, спроектирована так, чтобы быть непроницаемой для реактивного топлива, смазки и дождевой воды, а внешняя краска на композитных деталях наносится для минимизации повреждений от ультрафиолетового света. [5] [8]

Углеродные волокна могут вызвать гальваническую коррозию, когда детали из CRP прикреплены к алюминию. [9]

Пластмассы, армированные углеродным волокном, очень трудно поддаются обработке и вызывают значительный износ инструмента. Износ инструмента при обработке углепластика зависит от ориентации волокон и условий обработки в процессе резки. Чтобы уменьшить износ инструмента, при обработке углепластика и стека из углепластика используются различные типы инструментов с покрытием. [1]

Производство [ править ]

Полимер, армированный углеродным волокном

Первичный элемент углепластика - углеродная нить ; его получают из полимера- предшественника, такого как полиакрилонитрил (PAN), вискоза или нефтяной пек . Для синтетических полимеров, таких как PAN или искусственный шелк, прекурсор сначала прядут в филаментные нити с использованием химических и механических процессов для первоначального выравнивания полимерных цепей 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 волокон нагревается для удаления неуглеродных атомов ( карбонизация), производя окончательное углеродное волокно. Нити из углеродных волокон могут быть дополнительно обработаны для улучшения эксплуатационных качеств, а затем намотаны на бобины . [10] Из этих волокон создается однонаправленный лист. Эти листы наложены друг на друга в квазиизотропном порядке, например, 0 °, + 60 ° или -60 ° относительно друг друга.

Из элементарного волокна может быть получен двунаправленный тканый лист, то есть саржа с переплетением 2/2. Процесс изготовления большинства углепластиков варьируется в зависимости от создаваемой детали, требуемой отделки (внешнего блеска) и того, сколько деталей будет произведено. Кроме того, выбор матрицы может существенно повлиять на свойства готового композита.

Многие детали из углепластика изготавливаются из однослойной углеродной ткани с подкладкой из стекловолокна. Инструмент, называемый измельчителем, используется для быстрого создания этих составных деталей. Как только из углеродного волокна создается тонкая оболочка, измельчитель разрезает рулоны стекловолокна на короткие отрезки и одновременно распыляет смолу, так что стекловолокно и смола смешиваются на месте. Смола представляет собой либо внешнюю смесь, при которой отвердитель и смолу распыляются отдельно, либо внутреннюю смесь, которая требует очистки после каждого использования. Способы изготовления могут включать следующее:

Молдинг [ править ]

Один из методов производства деталей из углепластика заключается в наложении слоев ткани из углеродного волокна в форму в форме конечного продукта. Выравнивание и переплетение волокон ткани выбирается для оптимизации свойств прочности и жесткости получаемого материала. Затем форма заполняется эпоксидной смолой и нагревается или отверждается на воздухе. Полученная деталь очень устойчива к коррозии, жесткая и прочная для своего веса. Детали, используемые в менее критических областях, изготавливаются путем обтягивания тканью формы с эпоксидной смолой, предварительно пропитанной в волокна (также известной как pre-preg ), или «закрашенной» поверх нее. Высокопроизводительные детали, использующие отдельные формы, часто помещаются в вакуумные мешки и / или автоклавы.-отвержден, потому что даже небольшие пузырьки воздуха в материале снизят прочность. Альтернативой автоклавному методу является использование внутреннего давления через надувные воздушные баллоны или пенополистирол внутри неотвержденного сложенного углеродного волокна.

Вакуумная упаковка [ править ]

Для простых изделий, требующих относительно небольшого количества копий (1-2 в день), можно использовать вакуумный мешок . Стекловолокно, углеродное волокно или алюминиевая форма полируются и покрываются воском, на них наносится разделительный агент перед нанесением ткани и смолы, а вакуум снимается и откладывается, чтобы деталь затвердела (затвердела). Смолу можно нанести на ткань в вакуумной форме тремя способами.

Первый метод является ручным и называется мокрым укладыванием, при котором двухкомпонентная смола смешивается и наносится перед укладкой в ​​форму и помещением в пакет. Другой - путем инфузии, когда сухая ткань и форма помещаются внутрь мешка, в то время как вакуум вытягивает смолу через небольшую трубку в пакет, затем через трубку с отверстиями или что-то подобное, чтобы равномерно распределить смолу по ткани. . Ткацкий станок идеально подходит для трубки, в которой требуются отверстия внутри пакета. Оба эти метода нанесения смолы требуют ручной работы для равномерного распределения смолы для получения глянцевой поверхности с очень маленькими отверстиями.

Третий метод создания композитных материалов известен как сухая укладка. Здесь материал из углеродного волокна уже пропитан смолой (pre-preg) и наносится на форму аналогично клеевой пленке. Затем сборку помещают в вакуум для отверждения. Метод сухой укладки имеет наименьшее количество отходов смолы и позволяет получить более легкие конструкции, чем влажная укладка. Кроме того, поскольку большие количества смолы труднее удалить с помощью методов мокрой укладки, детали pre-preg обычно имеют меньше отверстий. Устранение точечных отверстий с минимальным количеством смолы обычно требует использования давления в автоклаве для удаления остаточных газов.

Компрессионное формование [ править ]

Более быстрый метод использует пресс-форму . Это двухкомпонентная форма (охватываемая и охватывающая), обычно сделанная из алюминия или стали, которая спрессована вместе с тканью и смолой между ними. Преимущество - скорость всего процесса. Некоторые производители автомобилей, такие как BMW, утверждали, что могут заменять новую деталь каждые 80 секунд. Однако этот метод имеет очень высокую начальную стоимость, поскольку пресс-формы требуют высокоточной обработки с ЧПУ.

Намотка филамента [ править ]

Для сложных или извилистых форм можно использовать намоточную машину для изготовления деталей из углепластика путем наматывания волокон на оправку или сердечник.

Приложения [ править ]

Заявки на получение CFRP включают следующее:

Аэрокосмическая техника [ править ]

Композитный Airbus A350 с ливреей из углеродного волокна

Airbus A350 XWB построен из 52% углепластика [11] , включая лонжероны крыла и фюзеляж компоненты, обгон Боинг 787 Dreamliner , для самолета с самым высоким отношением веса для углепластика, который составляет 50%. [12] Это был один из первых коммерческих самолетов, у которого лонжероны крыла были сделаны из композитных материалов. Airbus A380 был одним из первых коммерческих авиалайнеров , чтобы иметь центральное крыло ящик , изготовленный из углепластика; это первое крыло с плавными очертаниями в поперечном сечении вместо того, чтобы крылья были разделены по размаху на секции. Это плавное непрерывное поперечное сечение оптимизирует аэродинамическую эффективность. [ необходима цитата ]Кроме того, задняя кромка, а также задняя переборка, оперение и негерметичный фюзеляж выполнены из углепластика. [13] Однако из-за проблем с производством этих деталей из-за многих задержек сроки доставки заказов были отложены. Многие самолеты, использующие углепластик, столкнулись с задержками в сроках поставки из-за относительно новых процессов, используемых для изготовления компонентов из углепластика, в то время как металлические конструкции изучались и использовались на планерах в течение многих лет, и эти процессы относительно хорошо изучены. Постоянной проблемой является мониторинг структурного старения, для которого постоянно исследуются новые методы из-за необычной многоматериальной и анизотропной природы углепластика. [14]

В 1968 году карбоновый вентилятор Hyfil в сборе находился в эксплуатации на Rolls-Royce Conways автомобилей Vickers VC10, эксплуатируемых BOAC . [15]

Специалисты-конструкторы и производители самолетов Scaled Composites широко использовали углепластик во всем своем конструктивном диапазоне, включая первый частный пилотируемый космический корабль Spaceship One . Углепластик широко используется в микровоздушных транспортных средствах (MAV) из-за его высокого отношения прочности к весу.

Автомобильная техника [ править ]

1996 McLaren F1 - первый корпус из углеродного волокна
McLaren MP4 (MP4 / 1), первый автомобиль F1 из углеродного волокна.

Углепластики широко используются в автомобильных гонках высокого класса. [16] Высокая стоимость углеродного волокна снижается за счет непревзойденного соотношения прочности и веса материала, а низкий вес необходим для высокопроизводительных автомобильных гонок. Производители гоночных автомобилей также разработали методы, позволяющие придавать деталям из углеродного волокна прочность в определенном направлении, делая их прочными в направлении нагрузки, но слабыми в тех направлениях, где на элемент будет оказываться небольшая нагрузка или ее отсутствие. И наоборот, производители разработали всенаправленное переплетение углеродного волокна, которое обеспечивает прочность во всех направлениях. Этот тип сборки из углеродного волокна наиболее широко используется в сборке монококового шасси «ячейка безопасности» высокопроизводительных гоночных автомобилей. Первое шасси из углеродного волокна с монококом было представлено в Формуле-1по McLaren в сезоне 1981 года. Он был разработан Джоном Барнардом и в последующие сезоны широко копировался другими командами Формулы 1 из-за дополнительной жесткости шасси автомобилей. [17]

Многие суперкары за последние несколько десятилетий широко использовали углепластик в своем производстве, используя его для своих монококовых шасси, а также других компонентов. [18] Еще в 1971 году Citroën SM предлагал дополнительные легкие колеса из углеродного волокна. [19] [20]

Этот материал с большей готовностью приняли производители небольших объемов, которые использовали его в основном для создания кузовных панелей для некоторых из своих автомобилей высокого класса из-за его повышенной прочности и меньшего веса по сравнению со стекловолоконным полимером, который они использовали для большинство их продуктов.

Гражданское строительство [ править ]

Дополнительная информация: Структурные применения FRP

Углепластик стал заметным материалом в конструкторских решениях . Изученный в академическом контексте с точки зрения его потенциальных преимуществ в строительстве, он также доказал свою рентабельность в ряде областей применения для укрепления бетонных, каменных, стальных, чугунных и деревянных конструкций. Его можно использовать в промышленности либо для модернизации для усиления существующей конструкции, либо в качестве альтернативного армирующего (или предварительно напряженного) материала вместо стали с самого начала проекта.

Модернизация становится все более доминирующим использованием материала в гражданском строительстве, и приложения включают увеличение несущей способности старых конструкций (таких как мосты ), которые были спроектированы так, чтобы выдерживать гораздо более низкие эксплуатационные нагрузки, чем они испытывают сегодня, сейсмическое переоборудование и ремонт поврежденные конструкции. Модернизация популярна во многих случаях, поскольку стоимость замены дефектной конструкции может значительно превышать стоимость укрепления с использованием углепластика. [21]

Применяемый к железобетонным конструкциям на изгиб, углепластик обычно оказывает большое влияние на прочность (удвоение или более прочности сечения не является редкостью), но только умеренное увеличение жесткости (возможно, на 10%). Это связано с тем, что материал, используемый в этом применении, обычно очень прочный (например, предел прочности при растяжении 3000 МПа , более чем в 10 раз мягкая сталь), но не особенно жесткий ( обычно от 150 до 250 ГПа, немного меньше, чем у стали). Как следствие, используются только небольшие площади поперечного сечения материала. Небольшие участки материала очень высокой прочности, но средней жесткости значительно увеличивают прочность, но не жесткость.

Углепластик также может применяться для повышения прочности армированного бетона на сдвиг путем обертывания тканями или волокнами вокруг укрепляемой секции. Обертывание секций (например, мостов или колонн зданий) также может повысить пластичность секции, значительно увеличивая сопротивление разрушению при землетрясении. Такая «сейсмическая модернизация» является основным применением в сейсмоопасных районах, поскольку она намного более экономична, чем альтернативные методы.

Если колонна круглая (или почти такая), увеличение осевой нагрузки также достигается путем обертывания. В этом случае ограничение обертки из углепластика увеличивает прочность бетона на сжатие. Однако, несмотря на то, что достигается значительное увеличение предельной нагрузки обрушения, бетон будет трескаться только при слегка увеличенной нагрузке, а это означает, что это приложение используется только изредка. Специализированный сверхвысокомодульный углепластик (с модулем упругости 420 ГПа и более) является одним из немногих практических методов упрочнения чугунных балок. При обычном использовании он прикреплен к растягивающемуся фланцу секции, что увеличивает жесткость секции и понижает нейтральную ось , что значительно снижает максимальное растягивающее напряжение в чугуне.

В Соединенных Штатах предварительно напряженные бетонные цилиндрические трубы (PCCP) составляют подавляющее большинство водопроводных сетей. Из-за их большого диаметра отказы PCCP обычно катастрофичны и затрагивают большие группы населения. Примерно 31 000 км PCCP было проложено в период с 1940 по 2006 гг. Коррозия в виде водородного охрупчивания является причиной постепенного износа проводов предварительного напряжения во многих линиях PCCP. За последнее десятилетие углепластики использовались для внутренней линии PCCP, что привело к созданию полностью структурной системы усиления. Внутри линии PCCP футеровка из углепластика действует как барьер, контролирующий уровень деформации, испытываемой стальным цилиндром в основной трубе. Композитная футеровка позволяет стальному цилиндру работать в пределах своего диапазона упругости, обеспечивая трубопровод 's долгосрочное функционирование сохраняется. Конструкции футеровки из углепластика основаны на совместимости деформации футеровки и основной трубы.[22]

Углепластик является более дорогим материалом, чем его аналоги в строительной отрасли, полимер, армированный стекловолокном (GFRP) и полимер, армированный арамидным волокном (AFRP), хотя в целом углепластик считается обладающим превосходными свойствами. Продолжается много исследований по использованию углепластика как для модернизации, так и в качестве альтернативы стали в качестве армирующего или предварительно напряженного материала. Стоимость остается проблемой, и вопросы о долговечности остаются. Некоторых беспокоит хрупкая природа углепластика, в отличие от пластичности стали. Хотя проектные нормы были составлены такими учреждениями, как Американский институт бетона, инженерное сообщество все еще сомневается в использовании этих альтернативных материалов. Частично,это связано с отсутствием стандартизации и запатентованной природой комбинаций волокон и смол на рынке.

Микроэлектроды из углеродного волокна [ править ]

Углеродные волокна используются для изготовления углеродных микроэлектродов . В этом приложении обычно одно углеродное волокно диаметром 5–7 мкм запечатано в стеклянном капилляре. [23] На конце капилляр либо герметизируется эпоксидной смолой и полируется, чтобы сделать дисковый микроэлектрод из углеродного волокна, либо волокно разрезают на длину 75–150 мкм, чтобы сделать цилиндрический электрод из углеродного волокна. Микроэлектроды из углеродного волокна используются либо в амперометрии, либо в циклической вольтамперометрии с быстрым сканированием для обнаружения биохимических сигналов.

Спортивные товары [ править ]

Каноэ из углеродного волокна и кевлара (Placid Boatworks Rapidfire на Adirondack Canoe Classic )

Углепластик в настоящее время широко используется в спортивном оборудовании, таком как ракетки для сквоша, тенниса и бадминтона, лонжероны для спортивных воздушных змеев , высококачественные древки для стрел, хоккейные клюшки, удочки, доски для серфинга , ласты высокого класса и снаряды для гребли . Спортсмены с ампутированными конечностями, такие как Джонни Пикок, используют для бега лезвия из углеродного волокна. Он используется в качестве хвостовика пластины в некоторых баскетбольных кроссовок , чтобы держать ноги стабильной, как правило , по всей длине ботинка чуть выше подошвы и оставляют подвергаются в некоторых районах, как правило , в арке.

Несомненно, в 2006 году биты для крикета с тонким слоем углеродного волокна на спине были представлены и использовались в соревновательных матчах такими известными игроками, как Рики Понтинг и Майкл Хасси . Утверждалось, что углеродное волокно просто увеличивает долговечность летучих мышей, но в 2007 году ICC запретил его использовать во всех первоклассных матчах [24].

Рама велосипеда из углепластика весит меньше, чем рама из стали , алюминия или титана такой же прочности. Тип и ориентация переплетения углеродного волокна могут быть разработаны таким образом, чтобы обеспечить максимальную жесткость в необходимых направлениях. Рамы могут быть настроены для соответствия различным стилям катания: для спринтерских гонок требуются более жесткие рамы, в то время как для соревнований на выносливость могут потребоваться более гибкие рамы для комфорта гонщика в течение более длительных периодов. [25] Разнообразие форм, в которые она может быть встроена, еще больше увеличило жесткость, а также позволило создать аэродинамические секции трубы. Вилки из углепластика, включая коронки вилки подвески и рулевые элементы, рули , подседельные штыри иШатуны становятся все более распространенными на велосипедах средней и высокой ценовой категории. Обода из углепластика остаются дорогими, но их стабильность по сравнению с алюминием снижает потребность в переточке колеса, а уменьшенная масса снижает момент инерции колеса. Спицы из углепластика встречаются редко, и в большинстве карбоновых колесных пар используются традиционные спицы из нержавеющей стали. Углепластик также все чаще встречается в других компонентах, таких как детали переключателя, рычаги и корпуса тормозов и переключателей, держатели звездочек кассеты, рычаги подвески, роторы дисковых тормозов, педали, подошвы обуви и рельсы седел. Несмотря на то, что они сильные и легкие, удары, перенапряжение или неправильная установка компонентов из углепластика привели к растрескиванию и поломкам, которые может быть трудно или невозможно отремонтировать. [26] [27]

Другие приложения [ править ]

Огнестойкость полимеров и термоотверждаемых композитов значительно улучшается, если тонкий слой углеродных волокон формуют рядом с поверхностью, поскольку плотный, компактный слой углеродных волокон эффективно отражает тепло. [28]

Углепластик используется во все большем количестве высококачественных продуктов, требующих жесткости и малого веса, в том числе:

  • Музыкальные инструменты, в том числе скрипичные смычки; медиаторы, грифы (стержни из углеродного волокна) и медиаторы; барабанные снаряды; волынщики; и целые музыкальные инструменты, такие как виолончели, альты и скрипки Луиса и Кларка из углеродного волокна; и Blackbird Guitars "акустические гитары и гавайские гитары; также аудиокомпоненты, такие как проигрыватели винила и громкоговорители.
  • В огнестрельном оружии он используется для замены определенных металлических, деревянных и стекловолоконных компонентов, но многие внутренние части по-прежнему ограничены металлическими сплавами, поскольку современные армированные пластмассы не подходят.
  • Высокоэффективные корпуса дронов и другие радиоуправляемые компоненты транспортных средств и самолетов, такие как лопасти винта вертолетов.
  • Легкие палки, такие как: ножки штатива, палки для палаток, удочки, бильярдные кии, трости для ходьбы и палки с большим вылетом, например для мытья окон.
  • Стоматология, штифты из углеродного волокна используются при восстановлении зубов после лечения корневых каналов.
  • Рельсовые тележки поездов для обслуживания пассажиров. Это снижает вес до 50% по сравнению с металлическими тележками, что способствует экономии энергии. [29]
  • Корпуса для ноутбуков и другие высокопроизводительные чехлы.
  • Углеродные ткани. [30] [31]
  • Стрельба из лука, стрелы и болты из углеродного волокна, приклад и рельс.
  • В качестве нити для 3D-моделирования методом наплавления используется пластик, армированный углеродным волокном (полиамид-углеродная нить), для производства прочных, но легких инструментов и деталей благодаря своей высокой прочности и длине разрыва. [32]
  • Реконструкция труб централизованного теплоснабжения методом CIPP.

Утилизация и переработка [ править ]

Углепластики имеют долгий срок службы при защите от солнца. Когда пришло время вывести углепластик из эксплуатации, его нельзя расплавить на воздухе, как многие металлы. В отсутствие винила (ПВХ или поливинилхлорида ) и других галогенированных полимеров углепластики можно термически разложить путем термической деполимеризации в бескислородной среде. Это может быть выполнено на нефтеперерабатывающем заводе в одностадийном процессе. Тогда возможно улавливание и повторное использование углерода и мономеров. Углепластик также можно измельчить или измельчить при низкой температуре, чтобы восстановить углеродное волокно; однако этот процесс резко укорачивает волокна. Так же, как и с переработаннымбумаги, укороченные волокна делают вторичный материал более слабым, чем исходный материал. По-прежнему существует множество промышленных применений, для которых не требуется прочность армирования углеродным волокном по всей длине. Например, измельченное вторичное углеродное волокно может использоваться в бытовой электронике, такой как ноутбуки. Он обеспечивает отличное усиление используемых полимеров, даже если ему не хватает отношения прочности к весу, как у аэрокосмического компонента.

Полимер, армированный углеродными нанотрубками (CNRP) [ править ]

В 2009 году Zyvex Technologies представила эпоксидную смолу, армированную углеродными нанотрубками, и углеродные препреги . [33] Полимер, армированный углеродными нанотрубками (CNRP), в несколько раз прочнее и жестче, чем углепластик [34], и используется в Lockheed Martin F-35 Lightning II в качестве конструкционного материала для самолетов. [35] CNRP по-прежнему использует углеродное волокно в качестве основного армирования [36], но связующая матрица представляет собой эпоксидную смолу с углеродными нанотрубками. [37]

См. Также [ править ]

  • Углеродные волокна  - материальные волокна диаметром около 5–10 мкм, состоящие из углерода.
  • Композитный ремонт
  • Механика беговых лезвий Оскара Писториуса  - лезвия, используемые южноафриканским паралимпийским бегуном Оскаром Писториусом
  • Армированный углерод-углерод

Ссылки [ править ]

  1. ^ а б Нгуен, Динь; Абдулла, Мохаммад Сайем Бин; Хаваризми, Райан; Ким, Дэйв; Квон, Патрик (2020). «Влияние ориентации волокон на износ инструмента при обрезке кромок из пластиков, армированных углеродным волокном (CFRP)». Носить . Elsevier BV 450-451: 203213. дои : 10.1016 / j.wear.2020.203213 . ISSN  0043-1648 .
  2. ^ Копелиович, Дмитрий. «Полимерные композиты, армированные углеродным волокном» . Архивировано 14 мая 2012 года.. substech.com
  3. ^ Corum, JM; Battiste, RL; Лю, К. С; Рагглз, МБ (февраль 2000 г.). «Основные свойства эталонного композита из перекрестного углеродного волокна, ORNL / TM-2000/29, Pub57518» (PDF) . Национальная лаборатория Ок-Ридж. Архивировано (PDF) из оригинала 27 декабря 2016 года.
  4. ^ a b c Кортни, Томас (2000). Механическое поведение материалов . Соединенные Штаты Америки: Waveland Press, Inc., стр. 247–249. ISBN 1-57766-425-6.
  5. ^ Б с д е е Чавла, Кришан (2013). Композиционные материалы . Соединенные Штаты Америки: Спрингер. ISBN 978-0-387-74364-6.
  6. ^ Рэй, Британская Колумбия (1 июня 2006 г.). «Температурное воздействие при влажном старении на поверхности раздела эпоксидных композитов, армированных стекловолокном и углеродным волокном». Журнал коллоидной и интерфейсной науки . 298 (1): 111–117. Bibcode : 2006JCIS..298..111R . DOI : 10.1016 / j.jcis.2005.12.023 . PMID 16386268 . 
  7. ^ Альмудаихеш, Файзел; Холфорд, Карен; Пуллин, Рис; Итон, Марк (1 февраля 2020 г.). «Влияние водопоглощения на однонаправленные и двумерные тканые композиты из углепластика и их механические характеристики» . Композиты Часть B: Инженерия . 182 : 107626. дои : 10.1016 / j.compositesb.2019.107626 . ISSN 1359-8368 . 
  8. ^ Гусман, Энрике; Кунони, Джоэль; Гмюр, Томас (май 2014 г.). «Многофакторные модели композита углеродное волокно / эпоксидная смола, подвергнутого ускоренному старению в окружающей среде». Композитные конструкции . 111 : 179–192. DOI : 10.1016 / j.compstruct.2013.12.028 .
  9. ↑ Скотт, Олвин (25 июля 2015 г.). «Boeing смотрит на дорогой титан, чтобы предотвратить 787 убытков» . www.stltoday.com . Рейтер. Архивировано 17 ноября 2017 года . Проверено 25 июля 2015 года .
  10. ^ "Как это сделано" . Золтек. Архивировано 19 марта 2015 года . Проверено 26 марта 2015 года .
  11. ^ «Возглавить: презентация A350XWB» (PDF) . EADS. Декабрь 2006. Архивировано 27 марта 2009 года. CS1 maint: неподходящий URL ( ссылка )
  12. ^ "AERO - Боинг 787 с нуля" . Боинг. 2006. Архивировано 21 февраля 2015 года . Дата обращения 7 февраля 2015 .
  13. Перейти ↑ Pora, Jérôme (2001). «Композитные материалы в Airbus A380 - от истории к будущему» (PDF) . Airbus. Архивировано 6 февраля 2015 года (PDF) . Дата обращения 7 февраля 2015 .
  14. ^ Гусман, Энрике; Гмюр, Томас (реж.) (2014). «Новый метод мониторинга структурного состояния для полномасштабных конструкций из углепластика» (PDF) . EPFL Кандидатская диссертация. DOI : 10,5075 / EPFL-тезис-6422 . Архивировано (PDF) из оригинала 25 июня 2016 года. Цитировать журнал требует |journal=( помощь )
  15. ^ «Двигатели» . Международный рейс . 26 сентября 1968 года. Архивировано 14 августа 2014 года.
  16. ^ "Red Bull's How to Make the F1 Car Series Объясняет использование углеродного волокна: Видео" . мотоавторитет . Архивировано 29 сентября 2013 года . Проверено 11 октября 2013 года .
  17. ^ Генри, Алан (1999). McLaren: гоночная команда Формулы-1 . Хейнс. ISBN 1-85960-425-0.
  18. ^ Ховард, Билл (30 июля 2013 г.). «BMW i3: дешевые серийные автомобили из углеродного волокна, наконец, достигли совершеннолетия» . Экстремальные технологии . Архивировано 31 июля 2015 года . Проверено 31 июля 2015 года .
  19. ^ Petrány, Мат (17 марта 2014). «Мишлен сделал диски из углеродного волокна для Citroën еще в 1971 году» . Ялопник . Архивировано 18 мая 2015 года . Проверено 31 июля 2015 года .
  20. ^ L: aChance, Дэвид (апрель 2007). «Изобретая колесо заново. Предоставьте Citroën возможность вывести на рынок первые в мире колеса из пластмассы» . Хеммингс . Архивировано 6 сентября 2015 года . Проверено 14 октября 2015 года .
  21. ^ Исмаил, Н. "Укрепление мостов с использованием композитов углепластика". najif.net.
  22. ↑ Рахман, С. (ноябрь 2008 г.). «Не перенапрягайте из-за разрушения предварительно напряженных бетонных труб цилиндров» . Журнал Opflow . 34 (11): 10–15. DOI : 10.1002 / j.1551-8701.2008.tb02004.x . Архивировано 2 апреля 2015 года.
  23. ^ Пайк, Кэролайн М .; Grabner, Chad P .; Харкинс, Эми Б. (4 мая 2009 г.). «Изготовление амперометрических электродов» . Журнал визуализированных экспериментов (27). DOI : 10.3791 / 1040 . PMC 2762914 . PMID 19415069 .  
  24. ^ «ICC и Кукабарра соглашаются отказаться от Carbon Bat» . NetComposites. 19 февраля 2006 . Проверено 1 октября 2018 года .
  25. ^ «Углеродные технологии» . Посмотрите цикл. Архивировано 30 ноября 2016 года . Проверено 30 ноября +2016 .
  26. ^ «Опасности прогресса» . Журнал о велосипедах . 16 января 2012 года Архивировано из оригинала 23 января 2013 года . Проверено 16 февраля 2013 года .
  27. ^ "Разорванный углерод" . Архивировано 30 ноября 2016 года . Проверено 30 ноября +2016 .
  28. ^ Чжао, З .; Гоу, Дж. (2009). «Повышенная огнестойкость термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами» . Sci. Technol. Adv. Mater . 10 (1): 015005. Bibcode : 2009STAdM..10a5005Z . DOI : 10.1088 / 1468-6996 / 10/1/015005 . PMC 5109595 . PMID 27877268 .  
  29. ^ «Испытания тележек из пластика, армированного углеродным волокном» . Железнодорожный вестник . 7 августа 2016 года. Архивировано 8 августа 2016 года . Проверено 9 августа +2016 .
  30. ^ Ломов, Степан В .; Горбатых, Лариса; Котаняц, Желько; Койсин, Виталий; Уль, Матье; Роше, Оливье; Карахан, Мехмет; Меццо, Лука; Верпоест, Игнаас (февраль 2011 г.). «Сжимаемость углеродных тканых материалов с углеродными нанотрубками / нановолокнами, выращенными на волокнах». Композиты науки и техники . 71 (3): 315–325. DOI : 10.1016 / j.compscitech.2010.11.024 .
  31. Перейти ↑ Hans, Kreis (2 июля 2014 г.). «Карбоновые ткани» . compositesplaza.com . Архивировано из оригинала на 2 июля 2018 года . Проверено 2 января 2018 .
  32. ^ "Полиамидная CF-нить - 3D Druck mit EVO-tech 3D Druckern" [Полиамидная CF-нить - 3D-печать на 3D-принтерах EVO-tech] (на немецком языке). Австрия: EVO-tech . Дата обращения 4 июня 2019 .
  33. ^ "Zyvex Performance Materials запускает линию нано-улучшенных клеев, которые добавляют прочность, сокращают затраты" (PDF) (пресс-релиз). Материалы Zyvex Performance. 9 октября 2009 года Архивировано из оригинала (PDF) 16 октября 2012 года . Проверено 26 марта 2015 года .
  34. ↑ Thomas, Daniel J. (1 сентября 2020 г.). «Разработка гибридных углеродных нанотрубок и нанокомпозитных смол, усиленных графеном, для космической системы запуска» . Международный журнал передовых производственных технологий . 110 (7): 2249–2255. DOI : 10.1007 / s00170-020-06038-7 . ISSN 1433-3015 . 
  35. ↑ Тримбл, Стивен (26 мая 2011 г.). «Lockheed Martin показывает, что F-35 имеет нанокомпозитные структуры» . Международный рейс . Архивировано 30 мая 2011 года . Проверено 26 марта 2015 года .
  36. ^ Pozegic, TR; Джаявардена, KDGI; Chen, JS .; Anguita, JV; Ballocchi, P .; Столожан, В .; Сильва, SRP; Хамертон, И. (1 ноября 2016 г.). «Разработка без проклейки многофункциональных нанокомпозитов из углеродного волокна» . Композиты Часть A: Прикладная наука и производство . 90 : 306–319. DOI : 10.1016 / j.compositesa.2016.07.012 . ISSN 1359-835X . 
  37. ^ «AROVEX ™ Nanotube Enhanced Epoxy Resin Углеродный препрег - Паспорт безопасности материала» (PDF) . Материалы Zyvex Performance. 8 апреля 2009 года Архивировано из оригинального (PDF) 16 октября 2012 года . Проверено 26 марта 2015 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Японская ассоциация производителей углеродного волокна (английский)
  • Инженеры разработали композитную систему крепления для раненого Хоки, бегущего назад Седрика Хьюмса
  • The New Steel a 1968 Flight Статья об объявлении углеродного волокна
  • Углеродные волокна - первые пять лет Летная статья 1971 года об углеродном волокне в области авиации.