Как сделать углеволокно? Советы в отношении целесообразности применения материала.

Строительство домов

Современное строительство, как и любая другая отрасль, не обходится без внедрения инновационных технологий, и уже сегодня материалы, ранее используемые только в наукоемких производствах, таких как ракетостроение, широко применяются в строительной сфере, формируя архитектуру будущего. Одной из наиболее важных задач современного строительства является предотвращение проблем, связанных с прочностью зданий и сооружений, которая находится под влиянием динамических нагрузок, перепадов температур и других агрессивных климатических факторов. В результате этого на бетонных стенах построек появляются трещины, отслаивается защитный слой, что приводит к снижению эксплуатационных характеристик зданий. В связи с этим, неотъемлемым этапом строительства стало армирование несущих конструкций, призванное предотвратить их преждевременное разрушение. Если раньше популярным материалом, используемым в этих целях, долгое время был стеклохолст, то сегодня его постепенно вытесняет новый востребованный материал – углеволокно, о характеристиках и особенностях использования которого поговорим далее.

Содержание

  1. Что такое углеволокно? Особенности использования материала
  2. Технические характеристики углеволокна: основные преимущества
  3. Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования?
  4. В каких ситуациях необходимо осуществление внешнего армирования?
  5. Распространенные конструктивные решения для углеволокна
  6. Армирование фундамента своими руками: пошаговая инструкция
    • Подготовка поверхности: рекомендации специалистов
    • Подготовка армирующих материалов
    • Как произвести монтаж углеволоконных материалов?

Что такое углеволокно? Особенности использования материала

Углеродное волокно – линейно-упругий композитно-полимерный материал искусственного происхождения, структурным элементом которого являются тонкие углеродные нити диаметром от 3 до 15 микрон, состоящие из атомов углерода. Последние, в свою очередь, объединены в кристаллы микроскопических размеров, которые, благодаря выравниванию, расположены параллельно друг другу. Выравнивание способствует повышению прочности волокна на растяжение. По своим техническим характеристикам, в частности твердости, углеволокно в несколько раз превосходит металл, вследствие чего широко используется в оборонной промышленности, аэрокосмическом производстве и строительной сфере. Несмотря на то, что уникальные характеристики углеволокна позволяют считать данный материал инновационным, он не является изобретением нашего столетия и давно используется в авиа- и ракетостроении, а с конца прошлого столетия и в строительстве. Впервые в этой сфере он появился в 1980 году, когда в Калифорнии все здания и сооружения стали возводиться с использованием углеродного волокна, что позволило укрепить постройки, расположенные на сейсмически активной территории. Взяв это свойство на вооружение, отечественные строители нашли применение данному материалу в процессе проведения ремонтных мероприятий в жилых домах, и с тех пор его популярность только растет.

Важно! Следует помнить, что углеволокно, аналогично бетону, является лишь материалом, а не конечным готовым изделием. Оно является основой для изготовления большого количества материалов, используемых в строительстве для армирования своими руками. К ним относятся углеродные сетки, ламели и ленты.

Технические характеристики углеволокна: основные преимущества

Углеродное волокно состоит из полиакрилнитрита, прошедшего предварительную обработку высокими температурами (до 3-5 тысяч градусов). В силу технических особенностей, углеволокно используется для внешнего армирования, в процессе которого его пропитывают связующим веществом (двухкомпонентная эпоксидная смола) и аналогично обоям наклеивают на поверхность конструкции, нуждающейся в укреплении. Целесообразность применения именно этого связующего вещества доказана по нескольким направлениям:

  • Во-первых, эпоксидная смола обладает высокой адгезией к железобетону;
  • Во-вторых, после вступления в химическую реакцию со смолой углеволокно превращается в жесткий пластик, приобретая прочность, в 6-7 раз превосходящую прочность стали.

На сегодняшний день углеволокно характеризуется наибольшей популярностью среди других композитных материалов. Несмотря на то, что оно на 30 % легче алюминия и на 75 % легче железа, его прочность на разрыв в четыре раза превосходит наилучшие марки стали. Изготовленное на основе углерода, углеволокно имеет низкий удельный вес и при нагревании незначительно расширяется, при этом оно не подвержено воздействию агрессивных химических веществ. С учетом вышеперечисленных характеристик, углеволокно можно считать универсальным материалом, адаптированным для использования в различных климатических зонах.

Длительный эксплуатационный срок материала объясняется сочетанием следующих его преимуществ:

  • Высокие гидроизоляционные характеристики, обусловленные глянцевой поверхностью углепластика, за счет которой материал не вступает в реакцию с водой;
  • Высокая адгезия к различным поверхностям;
  • Исключительная устойчивость к коррозионным процессам;
  • Легкость – свойство, благодаря которому система армирования не создает дополнительных нагрузок на постройку. Несмотря на то, что углеволокно весит намного меньше, чем сталь, оно обладает высокими прочностными характеристиками;
  • Используя углеволокно, вы получаете возможность наносить армирующий материал в несколько слоев;
  • В процессе выполнения ремонтных работ можно не прекращать эксплуатацию усиливаемого здания;
  • Применение углеволокна для армирования фундамента своими руками способствует сокращению временных и трудовых затрат при проведении работ;
  • Углеволокно по праву считается универсальным материалом, который можно использовать для армирования конструкций любой сложности и конфигурации, в том числе на закругленных и угловых поверхностях, на ребристых плитах перекрытий, балочных элементах рамных конструкций, а также тавровых балок мостовых пролетов, которые характеризуются малой шириной ребра;
  • Углеволокно – экологически чистый и токсически безопасный материал для армирования;
  • Кроме того, данный материал отличается огнеупорностью и ударопрочностью.

Каким требованиям должна отвечать эффективная технология армирования?

Для обеспечения эффективного усиления конструкции технология армирования должна гарантировать выполнение ряда условий:

  • Естественная влажность конструкций не должна быть препятствием для монтажа армирующих элементов;
  • Элементы армирования должны надежно приклеиваться к любым строительным материалам, благодаря чему будет осуществляться эффективная передача усилий с усиливаемой конструкции на армирующие элементы;
  • Все материалы, используемые в процессе армирования, в том числе и монтажный клей, должны характеризоваться свойствами, стабильными во времени, что позволит повысить эффективность армирования;
  • В связи с тем, что армированию подлежат конструкции из различных материалов, модуль упругости и прочность армирующих элементов должны быть представлены достаточно широкой линейкой.
Читайте также:
Как смотреть IPTV на телевизоре?

Всем требованиям, перечисленным выше, отвечают элементы внешнего армирования, представленные волокнами искусственного происхождения, в частности арамидными и углеродными, при этом последние, продемонстрировав наилучшее соотношение цена/качество, получили наибольшее распространение.

В каких ситуациях необходимо осуществление внешнего армирования?

На сегодняшний день углеволокно используется для армирования конструкций из различных материалов:

  • Железобетонных построек – к ним относятся мосты, гидротехнические сооружения и памятники архитектуры, которые нуждаются в защите от коррозии, усилении сжатых элементов и их защите от перегрузок. С этой функцией в полной мере справляется углеволокно;
  • Металлических конструкций, которые обладают близким к углеволокну модулем упругости и прочности;
  • Каменных конструкций, в частности каменных столбов, стен кирпичных домов и пилонов.

Необходимость в усилении построек посредством внешнего армирования возникает в следующих ситуациях:

  • В случае повреждения конструкции, ставшего причиной снижения ее несущей способности, жесткости и устойчивости к трещинам;
  • Если произошло изменение условий эксплуатации постройки, которое выражается в изменении величины и характера нагрузок;
  • В процессе проектирования и строительства конструкций с целью повышения их сейсмостойкости и увеличения межремонтных промежутков;
  • В случае длительного воздействия на конструкцию механических факторов или агрессивных природных сред, приведшего к разрушению бетона или коррозии арматуры, возникает необходимость устранения неутешительных последствий и усиления конструкции.
  • Проанализировав определенный набор технико-экономических показателей, можно прийти к выводу, что усиление углеволокном чаще всего уместно по отношению к железобетонным конструкциям, однако применимо и к металлическим, и бетонным, и даже деревянным зданиям и сооружениям.

Распространенные конструктивные решения для углеволокна

Если вы отдали предпочтение углеволокну и системам внешнего армирования с его использованием, помните, что проектируя системы усиления, необходимо руководствоваться Сводом правил СП 164.1325800.2014 «Усиление железобетонных конструкций композитными материалами. Правила проектирования».

Отказавшись от армирования перекрытий руками специалистов и производя их усиление самостоятельно, учтите, что оно осуществляется посредством наклеивания углеволокна в зонах наибольшей нагрузки – обычно они приходятся на центральную часть пролета и соприкасаются с нижней гранью конструкции. Благодаря этому приему значительно повышается несущая способность конструкции по изгибающим моментам. Чтобы решить эту задачу, специалисты рекомендуют использовать любой из доступных видов углеродных материалов – ламели, ленты или сетки.

Важно! В процессе усиления балок зачастую возникает необходимость в усилении приопорных зон, что позволит повысить несущую способность конструкции при воздействии поперечных сил. С этой целью наклеивают U-образные хомуты, изготовленные из углеродных сеток или лент.

Важно! Что касается особенностей использования материалов из углеволокна, необходимо отметить, что, благодаря схожести способов монтажа и адгезивных составов, углеродные ленты и ламели, как правило, монтируются вместе, тогда как использование углеродных сеток, в силу монтажа материала «мокрым» способом, исключает применение лент и ламелей.

В рамках обсуждения технологии армирования бетона своими руками, отдельно необходимо поговорить об усилении колонн, которое осуществляется посредством их оклейки углеродными сетками или лентами, которые монтируются в поперечном направлении. Благодаря этому удается достигнуть эффекта «бондажирования», что позволяет предотвратить поперечные деформации бетона.

Армирование фундамента своими руками: пошаговая инструкция

Если вы ищите ответ на вопрос: «Как сделать армирование фундамента своими руками?», ознакомьтесь с нашими рекомендациями, представленными ниже, и вы узнаете, как произвести армирование плиты фундамента своими руками.

Подготовка поверхности: рекомендации специалистов

Прежде чем приступить к монтажу системы внешнего армирования с использованием углеволокна, необходимо произвести разметку конструкции, отчертив зоны, в которых будут располагаться элементы усиления. Произведя размеры, очистите поверхность от остатков отделочных материалов, цементного молочка с помощью углошлифовальной машинки с алмазной чашкой или водо-пескоструйной установки до тех пор, пока не обнажится крупный заполнитель бетона. Старайтесь производить эти манипуляции качественно, так как от характеристик подготовленного основания напрямую зависит эффективность системы усиления. В связи с этим, в процессе подготовки основания, обратите внимание на следующие параметры:

  • Целостность и прочность материала, из которого изготовлена конструкция, подлежащая усилению;
  • Ровность поверхности, на которую будет монтироваться углеволокно;
  • Температура и влажность поверхности, на которую будет наклеиваться углеродный материал;
  • Отсутствие пыли и других загрязнений;
  • Кроме того, существует еще целый ряд контролируемых параметров, которые можно найти в технологических картах на выполнение того или иного вида работ.

Подготовка армирующих материалов

Углеволокно продается смотанным в рулоны, упакованные в полиэтиленовую пленку. В процессе подготовки рабочей поверхности важно следить за тем, чтобы на армирующий материал не попала пыль, в большом количестве образуемая в процессе шлифования бетона, так как это приведет к тому, что материал не пропитается связующим веществом и станет причиной производственного брака.

Чтобы предотвратить это, перед раскроем материала застелите рабочую поверхность полиэтиленом и только после этого осуществляйте замеры. Для обрезки углеродных сеток и лент можно использовать канцелярский нож или ножницы по металлу, ламелей – углошлифовальной машинкой, оснащенной отрезным кругом по металлу.

В качестве адгезивов рекомендуют использовать двухкомпонентные составы, в связи с чем, неотъемлемым этапом их подготовки будет смешивание двух компонентов в определенной пропорции. Чтобы случайно не нарушить их соотношение, в процессе их дозирования необходимо использовать мерную посуду или весы. Существует важное правило подготовки смеси – компоненты смешивают, постепенно добавляя друг к другу и перемешивая полученную массу дрелью, оснащенной специальной насадкой.

Важно! Ошибки, допущенные в процессе подготовки смеси, могут привести к закипанию адгезива.

Важно! На современном строительном рынке можно найти адгезивы, поставляемые в комплекте – т.е. в двух ведрах, в которых уже дозирован необходимый объем компонентов. Таким образом, работая с уже дозированными смесями, достаточно содержимое одного ведра смешать с содержимым другого (для удобства работы одно из ведер поставляется большего объема и остается полупустым).

Для углеродных сеток используют полимерцементный адгезив, который поставляется в мешках и перед работой разводятся водой в соответствии с инструкцией.

Читайте также:
Как происходит выращивание клубники на балконе
Как произвести монтаж углеволоконных материалов?

Технология монтажа армирующей системы существенно отличается в зависимости от типа используемого материала.

Монтаж углеродной ленты может осуществляться «сухим» или «мокрым» способом. И в том, и в другом случае на поверхность усиливаемого основания наносят слой адгезива, однако «мокрый» способ подразумевает пропитывание углеродной ленты адгезивом с последующим прикатыванием ее валиком к основанию, тогда как «сухой» способ предполагает крепление ленты к основанию и только после прикатывания валиком ее пропитывают адгезивной смесью. Таким образом, последовательность этапов монтажа меняется местами. Для осуществления пропитки углеродной ленты адгезивным составом на ее поверхность наносят слой адгезива и, прикатывая валиком, добиваются того, чтобы верхний слой связующего вещества попал вглубь углеволокна, а нижний – вышел наружу.

Углеродные ленты можно наклеивать в несколько слоев, однако при их наклеивании на поверхность потолка не рекомендуется наносить более двух слоев, что предотвратит «сползание» материала под тяжестью собственного веса.

Важно! Помните, что после того, как произойдет полимеризация адгезива, его поверхность станет идеально гладкой и ровной, что сделает его отделку практически невозможной. В связи с этим, не дожидаясь затвердевания связующего вещества, еще на «свежую» поверхность наносят слой крупного песка.

В процессе монтажа углеродных ламелей слой связующего вещества наносят не только на усиливаемую конструкцию, но и на монтируемый элемент армирования. В завершение работ ламель прикатывают валиком или шпателем.

Монтируя углеродную сетку, в процессе армирования ленточного фундамента своими руками ее крепят на увлажненную бетонную поверхность. После нанесения первого слоя полимерцементного адгезива ручным или механизированным способом, не дожидаясь его высыхания раскатывают углеродную сетку, слегка вдавливая ее в нанесенный состав. Для удобства работы специалисты рекомендуют использовать шпатель. Затем необходимо дождаться первичного схватывания состава, время наступления которого зависит от характеристик выбранного состава и температуры окружающей среды. Чтобы убедиться в том, что состав начинает затвердевать, надавите на его поверхность пальцем – он должен продавливаться с большими усилиями. После этого наносят заключительный слой полимерцемента.

Важно! Адгезивы на основе эпоксидных смол подвержены возгоранию и разрушению под действием ультрафиолетовых лучей, в связи с чем, их необходимо проверить на класс огнестойкости и защитить от ультрафиолета.

Углеволокно. Свойства и применение. Виды заготовок и особенности

Углеволокно (УВ) – специализированный прочный материал, состоящий из тонких нитей толщиной от 5 до 10 мкм, сформированных атомами углерода. Обычно они в дальнейшем собираются для изготовления особой пряжи. Особенность данного материала в химической инертности, малом удельном весе, а также высокой прочностью к растяжению.

Технология изготовления

Углеволокно отличается высокой стоимостью, так как технология его производства достаточно затратная и сложная. В качестве исходного сырья для получения углеволокна применяются органические волокна. Задача производителя – удалить из них все лишнее, кроме атомов углерода.

Чтобы получить углеродное волокно, исходное сырье окисляют на воздухе, долго воздействуя на него при температуре 250°C. Длительность этого процесса может доходить до 1 суток. Температура способствует строению в волокнах особенных лестничных структур атомов.

На следующем производственном этапе выполняется постепенный нагрев до температуры 800°C, а затем ее повышением до 1500°C. Это происходит уже в среде азота или аргона. Данный процесс называется карбонизация. Он заканчивается образованием графитовой структуры.

Финальная стадия производства называется графитизация. Это очень ресурсозатратный сложный процесс, который подразумевает прогрев формируемого волокна до 3000°C. В итоге в нем остается не более 1% примесей, основную же структуру занимают именно атомы углерода.

Полученные волокна в разы тоньше человеческого волоса. В итоге они собираются пучками, после чего из них обычно сплетается подобие ткани. Такой материал в основном применяется для изготовления различных изделий методом соединения слоями с использованием в качестве связующего полимерных смол.

Виды полуфабрикатного сырья из углеволокна
Волокна перерабатываются в различные материалы, используемые как полуфабрикат для получения других изделий. Производители предлагают свое сырье в таком виде:
  • Резаные нити.
  • Непрерывные нити.
  • Тканые и нетканые материалы.
  • Ленты.
  • Жгуты.
  • Пряжа.

Вся эта продукция применяется в композитных материалах, где углеволокно служит армирующим слоем. В качестве же связующего, может использовать смола, бетон и т.д. Также существуют варианты применения углеродных волокон в чистом виде, однако в этом случае они ценятся не за прочность, а к примеру адсорбирующие качества.

Свойства углеродного волокна
Материал имеет выдающиеся качества, за счет чего является незаменимым во многих направлениях. К главным техническим параметрам углеродного волокна можно отнести:
  • Температурную стойкость.
  • Химическую нейтральность.
  • Высокую удельную прочность.
  • Повышенные теплофизические характеристики.

Материал способен выносить нагрев вплоть до 1600-2000°С без изменения качеств, при условии нахождения в бескислородной среде. Данное свойство углеволокна дает возможность его использовать как тепловой экран в различных устройствах, эксплуатируемых в условиях повышенных экстремальных температур.

Читайте также:
Можно ли наносить финишную шпаклевку на бетон?

Углеволокно способно переносить контакт практически с любыми химическими веществами. Но все же оно не идеальное, так как окисляется в кислородной среде при сильном нагреве. В итоге реально использовать углеродное волокно на воздухе можно только при условии нагрева не более, чем 370°С. Это все же не так плохо. Нужно отметить, что обычно материал находится в композите, где не контактирует с воздухом. Если связующий компонент композита способен держать большую температуру чем 370°С, то и для углеволокна предел будет ограничен только стойкостью внешней оболочки. Пока последняя не разрушится, волокно будет работать без изменения рабочих качеств.

Удельная прочность углеволокна доходит до 2,5-3,5 ГПа при воздействии на разрыв. Это один из самых крепких материалов. При этом он гибкий и очень легкий. Изделия из углеволокна в разы превосходят возможности пластиков, дерева и т.д. Благодаря этому из них делают облегченные сверхмощные рамы для велосипедов, мотоциклов и даже детали обшивки гоночных автомобилей, космических аппаратов, самолетов.

При пропускании через углеволокно электрического тока, оно сильно разогревается. Именно это изначально и являлось основным ценным свойством материала. Его изобретатель Т.Эдисон разработал технологию получения волокон из углерода именно благодаря тому, что тот при пропускании тока греется. Ученый использовал УВ в качестве нити накаливания для своих электрических ламп освещения. В дальнейшем такое применение было прекращено, так как использование вольфрама более практичное. Сейчас токопроводимостью углеволокна пользуются в электронике.

Где используется

Углеродное волокно применяется в самых разнообразных сферах и областях, так как ценится за легкость и прочность.

Углеволокно используется в таких направлениях производства:
  • Спортивного инвентаря.
  • Авиационной промышленности.
  • Космонавтике.
  • Ветроэнергетике.
  • Машиностроении.
  • Строительстве.
  • Системах фильтрации.

В больших объемах УВ расходуется в строительной сфере. В своем большинстве он нужен для реставрации старинных архитектурных сооружений. Одним из примеров такого применения является углебетон. Это композитный материал, представляющий собой по составу обычный бетон, в который слоями вложено углеволокно. Он намного прочнее прочих бетонов, к тому же не боится коррозии, так как не имеет стальной арматуры. Также углеволокном, с применением полимерных смол, укрепляют различные поврежденные поверхности, чтобы вернуть их монолитность перед оштукатуриванием, не создавая слишком толстый слой штукатурки.

УВ применяется также для изготовления систем фильтрации. Оно обладает очень выраженными абсорбирующими качествами. Это позволяет фильтрам на его основе удалять органические и хлорорганические соединения. Считается, что они позволяют убрать из питьевой воды сторонние вкус и запахи. Само УВ при этом является полностью безопасным для человека, так как не выделяет никаких опасных компонентов в жидкость.

Что такое карбон

Одним их самых известных материалов, получаемых из углеволокна, является карбон. Он изготавливается из хаотично расположенных волокон, из которых формируются пучки. Последние переплетаются по схожей технологии, что применяется при изготовлении тканей. Количество ниток в пучках исчисляется тысячами. Чем их больше, тем толще карбон. В связи с этим в его названии применяется маркировка, указывающая на количество волокон. Так, если толщина обозначена как 2.5K, то это говорит, что в карбон вплетено 2,5 тыс. волокон. Встречается материал разной толщины: 6K, 12K и даже 24 К.

Стоит отметить, что карбон толщиной в 12К настолько прочный, что преимущественно применяется в военной промышленности. Из него делают головки баллистических ракет, и даже лопасти для вертолетов. Углеволокно в карбоне такой толщины способно выносить колоссальные нагрузки, от которых обычный металл просто изогнется. При этом это очень легкий материал.

Что такое углепластик
Многие знают об углепластике, который также содержит в себе УВ. Для его формирования применяются 3 технологии:
  • Мокрая.
  • Прессование.
  • Намотка.

При использовании мокрого способа, углеродное волокно укладывается слоями в формы, между ними наносится смола. Чаще всего применяется эпоксидная, или полиэфирная. В итоге сделанное таким образом изделие высушивается до полимеризации связующего, после чего извлекается из формы.

Также распространенным методом является прессование. Для этого исходное сырье пропитываться смолой, затем спрессовывается. В итоге во время сжатия полимер затвердевает, и на выходе получается готовое изделие. Оно отличается от получаемых другими методами тем, что имеет ребристую поверхность. Особенность этой технологии в том, что возможно делать в итоге предмет практически любой объемной формы.

Также из углеволокна можно изготавливать трубы методом намотки. Для этого применяется только тканый или нетканый материал в виде холста. Он наматывается на цилиндр нужного диаметра, с нанесением между слоями смолы. В итоге достаточно быстро формируются трубки. Обычно их используют для изготовления легких лыжных палок, удилищ. Аналогичным методом делают и облегченные рамы для спортивных велосипедов.

Недостатки углеволокна и изделий из него
У углеволокна имеются и недостатки. В целом это хороший материал, но композиты на его основе далеко не идеальные. Они имеют ряд слабых сторон:
  • Слабо держат точечные удары.
  • Сложны в изготовлении.

Сами по себе композитные материалы на основе углеволокна отличаются превосходной стойкостью. При этом они плохо переносят точечные удары. В итоге от такого воздействия на них могут образовываться сколы. Конечно проблема здесь не в самом углеволокне, а смоле. Волокно служит внутренней арматурой, а сама смола выполняет силовую скрепляющую функцию. Так что при ударах скалывается именно она.

Читайте также:
Ледебурия: описание, виды и выращивание

Сложно изготовить как само углеволокно, так и в дальнейшем изделия из него. Нужно укладывать его слой за слоем, и промазывать связывающим полимером. К примеру, чтобы сформировать лист углепластика толщиной 1 мм, нужно уложить 4 слоя углеволокна. То есть сам процесс достаточно длительный и кропотливый.

Очень часто под видом изделий из углеволокна продают стеклопластик и подобные композиты. Внешне они могут быть похожи, но являются менее прочными. Так что не всегда, если заявлено что изделие содержит УВ, это на самом деле так, и оно отличается повышенной прочностью.

Огород-365

  • Главная
  • КАЛЕНДАРЬ ДАЧНИКА
  • _КАЛЕНДАРИ
  • ХОЗЯЙСТВЕННЫЕ ДЕЛА
  • _ПОСАДКА И ПОСАДОЧНЫЙ МАТЕРИАЛ
  • _
  • _
  • _ПОЛЕЗНЫЕ РЕЦЕПТЫ
  • _ПОЛЕЗНЫЕ СОВЕТЫ
  • _МЕРОПРИЯТИЯ И СОБЫТИЯ
  • _
  • _БОЛЕЗНИ И ВРЕДИТЕЛИ
  • _
  • _ДАЧНЫЙ ДИЗАЙН
  • _ЛАНДШАФТНЫЙ ДИЗАЙН
  • _
  • _
  • _
  • _СТРОИТЕЛЬСТВО ДОМА
  • __Фундамент
  • ЦВЕТЫ И РАСТЕНИЯ
  • _ЦВЕТОЧНЫЕ
  • _
  • _
  • _
  • САД И ОГОРОД
  • _ЯГОДЫ
  • _ТЫКВЕННЫЕ
  • _ТОМАТ
  • _ПРЯНЫЕ
  • _ПАСЛЁНОВЫЕ
  • _ОВОЩИ
  • _ЛУКОВИЧНЫЕ
  • _
  • _ЛИСТОВЫЕ
  • _КОРНЕПЛОДЫ
  • _КЛУБНЕПЛОДЫ
  • _КАПУСТНЫЕ
  • _ЗЛАКОВЫЕ
  • _
  • _ДЕРЕВЬЯ И КУСТАРНИКИ
  • _
  • _ВИШНЯ И ЧЕРЕШНЯ
  • _БОБОВЫЕ
  • Mega Menu

Знать все об углеволокне очень важно для каждого современного человека. Понимая технологию производства карбона в России, плотность и иные характеристики углеткани, проще будет разобраться со сферой его применения и сделать правильный выбор. Кроме того, следует выяснить все про шпатлевку и теплый пол с углеродным волокном, про иностранных производителей этого товара и про различные области применения.

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.

Углеродное волокно сейчас делают из довольно разного сырья — и потому его свойства могут сильно варьироваться.

Состав и физические свойства

Важнейшей из характеристик углеволокна остается его исключительная тепловая стойкость. Даже если вещество прогрето до 1600 — 2000 градусов, то при отсутствии кислорода в окружающей среде его параметры не поменяются. Плотность этого материала, наряду с обычной, бывает и линейной (измеряется в так называемых тексах). При линейной плотности 600 tex масса 1 км полотна будет составлять 600 г. Критически важное значение во многих случаях имеет и модуль упругости материала, или, как говорят иначе, модуль Юнга.

У высокопрочного волокна этот показатель составляет от 200 до 250 ГПа. Высокомодульное углеволокно, сделанное на базе ПАН, имеет модуль упругости примерно 400 ГПа. У жидкокристаллических решений этот параметр может варьироваться от 400 до 700 ГПа. Модуль упругости вычисляют, отталкиваясь от оценки его величины при растягивании отдельных графитовых кристаллов. Ориентировку атомных плоскостей устанавливают с использованием рентгеноструктурного анализа.

По умолчанию поверхностное натяжение составляет 0,86 Н/м. При обработке материала для получения металлокомпозитного волокна этот показатель вырастает до 1,0 Н/м. Определять соответствующий параметр помогает измерение по способу капиллярного подъема. Температура плавления волокон на базе нефтяных пеков равна 200 градусам. Прядение происходит примерно при 250 градусах; температура плавления других видов волокон прямо зависит от их состава.

Максимальная ширина углеродных полотен зависит от технологических требований и нюансов. У многих производителей она составляет 100 или 125 см. Что касается осевой прочности, то она будет равна:

  • у высокопрочных изделий на базе ПАН от 3000 до 3500 МПа;
  • у волокон со значительным удлинением строго 4500 МПа;
  • у высокомодульного материала от 2000 до 4500 МПа.

Теоретические расчеты устойчивости кристалла при растягивающем усилии в сторону атомной плоскости решетки дают оценочную величину 180 ГПа. Ожидаемый предельный практический показатель равен 100 ГПа. Но в экспериментах пока не подтверждено наличие уровня более 20 ГПа. Реальная прочность углеволокна лимитируется его механическими дефектами и нюансами производственного процесса. Установленная в исследованиях на практике прочность к растяжению участка длиной 1/10 мм составит от 9 до 10 ГПа.

Отдельного внимания заслуживает карбоновое волокно T30. Этот материал применяется в основном в получении удилищ. Такое решение отличается легкостью и отличным балансом. Индекс Т30 обозначает модуль упругости 30 тонн.

Более сложные производственные процессы позволяют получить изделие уровня Т35 и так далее.

Технология производства

Получить углеродное волокно можно из самых разных типов полимеров. Режим обработки определяет две основные разновидности таких материалов — карбонизированный и графитизированный типы. Важное различие существует между волокном, получаемым из ПАН и из различных видов пека. Качественные волокна углерода, как высокопрочной, так и высокомодульной категории, могут иметь несходный уровень твердости и модуль упругости. Принято относить их к разным маркам.

Волокна делают в формате нити либо жгута. Их образует от 1000 до 10000 непрерывных элементарных волокон. Ткани из этих волокон также можно выработать, как и жгуты (в этом случае число элементарных волокон еще больше). Исходным сырьем выступают волокна не только простых, но и жидкокристаллических пеков, а также полиакрилонитрила. Процесс получения подразумевает сначала выработку исходных волокон, а затем их прогревают в воздухе при 200 — 300 градусах.

Читайте также:
Как найти объем помещения

В случае с ПАН такой процесс получил название предварительной обработки или повышения огневой стойкости. Пек после подобной процедуры получает такое важное свойство, как неплавкость. Частично волокна окисляются. Режим дальнейшего прогрева определяет, будут ли они относиться к карбонизированной или графитизированной группе. Окончание работы подразумевает придание поверхности необходимых свойств, после чего ее аппретируют либо шлихтуют.

Окисление в воздушной атмосфере повышает огневую стойкость не только в результате окисления. Свой вклад вносят не только частичное дегидрирование, но и межмолекулярное сшивание и иные процессы. Дополнительно уменьшается подверженность материала плавлению и улетучивание углеродных атомов. Карбонизация (в высокотемпературной фазе) сопровождается газификацией и уходом всех посторонних атомов.

Прогретые до 200 — 300 градусов в присутствии воздуха волокна ПАН чернеют.

Последующая их карбонизация проводится в окружении азота при 1000 — 1500 градусах. Оптимальный уровень прогрева, по мнению ряда технологов, составляет 1200 — 1400 градусов. Высокомодульное волокно придется прогревать примерно до 2500 градусов. На предварительном этапе ПАН получает лестничную микроструктуру. За ее возникновение «отвечает» конденсация на внутри молекулярном уровне, сопровождающаяся возникновением полициклического ароматического вещества.

Чем больше возрастает температура, тем больше будет и структура циклического типа. После окончания термообработки по технологии размещение молекул либо ароматических фрагментов таково, что главные оси будут параллельны волоконной оси. Натяжение позволяет избежать падения степени ориентации. Особенности разложения ПАН при термообработке определяются концентрацией привитых мономеров. Каждый тип таких волокон определяет изначальные условия обработки.

Жидкокристаллический нефтяной пек требуется долгое время держать при температуре от 350 до 400 градусов. Такой режим приведет к конденсации полициклических молекул. Их масса повышается, и постепенно происходит слипание (с образованием сферолитов). Если нагрев не останавливается, сферолиты растут, молекулярная масса увеличивается, и итогом становится формирование неразрывной жидкокристаллической фазы. Кристаллы изредка растворимы в хинолине, но обычно как в нем, так и в пиридине они не растворяются (это зависит от нюансов технологии).

Волокна, полученные из жидкокристаллического пека с 55 — 65% жидких кристаллов, текут пластически. Прядение ведут при 350 — 400 градусах. Высокоориентированную структуру формируют первоначальным нагревом в воздушной атмосфере при 200 — 350 градусов и последующим выдерживанием в инертной среде. Волокна марки Thornel P-55 приходится прогревать до 2000 градусов, чем выше модуль упругости, тем выше должна быть температура.

Научные и инженерные работы в последнее время обращают все больше внимания на технологию с применением гидрирования. Первоначальная выработка волокон часто производится гидрированием смеси каменноугольного пека и нафталовой смолы. При этом должен присутствовать тетрагидрохинолин. Температура обработки составляет 380 — 500 градусов. Твердые примеси можно удалить за счет фильтрации и прогонки через центрифугу; после этого сгущают пеки при повышенной температуре. Для производства карбона приходится применять (в зависимости от технологии) довольно разнообразное оборудование:

  • слои, распределяющие вакуум;
  • насосы;
  • герметизирующие жгуты;
  • рабочие столы;
  • ловушки;
  • проводящие сетки;
  • вакуумные пленки;
  • препреги;
  • автоклавы.

Обзор рынка

На мировом рынке лидируют такие производители углеродного волокна:

  • «Торнел», «Фортафил» и «Целион» (Соединенные Штаты);
  • «Графил» и «Модмор» (Англия);
  • «Куреха-Лон» и «Торейка» (Япония);
  • Cytec Industries;
  • Hexcel;
  • SGL Group;
  • Toray Industries;
  • Zoltek;
  • Mitsubishi Rayon.

На сегодняшний день карбон производят в России:

  • Челябинский завод углеродных и композиционных материалов;
  • «Балаково Карбон Продакшн»;
  • НПК «Химпроминжиниринг»;
  • Саратовское предприятие «СНВ».

Изделия и сферы применения

Углеродное волокно применяют, чтобы получать композитную арматуру. Также распространено его использование для получения:

  • двунаправленных тканей;
  • тканей дизайнерской категории;
  • биаксиальной и квадроаксиальной ткани;
  • нетканого полотна;
  • однонаправленной ленты;
  • препрегов;
  • наружного армирования;
  • фибры;
  • жгутов.

Достаточно серьезной инновацией сейчас является инфракрасный теплый пол. В этом случае материал применяют как замену традиционного металлического провода. Он может выделить в 3 раза больше тепла, вдобавок расход электроэнергии сокращается примерно на 50%. Любители моделирования сложной техники часто применяют карбоновые трубы, получаемые путем намотки. Эти изделия востребованы также производителями автомобилей и иной техники. Углеволокно часто применяют, к примеру, для ручного тормоза. Также на основе этого материала получают:

  • детали для авиационных моделей;
  • целиковые капоты;
  • велосипеды;
  • части для тюнинга автомобилей и мотоциклов.

Панели из углеткани на 18% жестче алюминия и на 14% больше, чем у конструкционной стали. Рукава на базе этого материала нужны, чтобы получать трубы и трубки изменяемого сечения, спиральные изделия различного профиля. Их применяют также для производства и для ремонта клюшек. Стоит еще указать на его использование при выпуске особо прочных чехлов для смартфонов и иных гаджетов. Такие изделия обычно имеют премиальный характер и имеют повышенные декоративные качества.

Что касается дисперсного порошка графитового типа, то он нужен:

  • при получении электропроводящих покрытий;
  • при выпуске клея различных типов;
  • при усилении пресс-форм и некоторых иных деталей.

Шпатлевка с углеволокном по целому ряду параметров лучше традиционной шпаклевки. Подобное сочетание ценится многими специалистами за пластичность, механическую крепость. Состав подходит для прикрытия глубоких дефектов. Стержни или прутки из карбона прочны, легки и служат долго. Такой материал нужен для:

  • авиации;
  • ракетной отрасли;
  • выпуска спортивного инвентаря.
Читайте также:
Композитные бассейны

При помощи пиролиза солей карбоновых кислот можно получать кетоны и альдегиды. Отличные тепловые качества углеволокна позволяют использовать его в обогревателях и электро-грелках. Такие нагреватели:

  • экономичны;
  • надежны;
  • отличаются внушительным КПД;
  • не распространяют опасные излучения;
  • сравнительно компактны;
  • отлично автоматизированы;
  • эксплуатируются без лишних проблем;
  • не распространяют посторонних шумов.

Углерод-углеродные композиты используют при выпуске:

  • подставок под тигли;
  • конических деталей для вакуумных плавильных печей;
  • трубчатых деталей для них же.

Из дополнительных сфер применения можно назвать:

  • самодельные ножи;
  • использование для лепесткового клапана на двигателях;
  • использование в строительстве.

Современные строители давно применяют этот материал не только для наружного армирования. Он нужен еще для упрочнения каменных домов и бассейнов. Оклеечный армирующий слой восстанавливает качества опор и балок в мостах. Также его используют при создании септиков и обрамлении естественных, искусственных водоемов, при работе с кессоном и силосной ямой.

Еще можно отремонтировать рукояти инструментов, починить трубы, исправить ножки мебели, шланги, ручки, корпуса техники, подоконники и окна ПВХ.

В следующем видео вас ждет дополнительная информация о производстве углеродного волокна.

Углеродное волокно: способ получения, свойства, применение

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна — это органические волокна, подвергшиеся термическому воздействию при температурах 1000-3000°C и содержащие 92-99,99 % углерода [8].

Получение углеродных волокон

УВ обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температурная 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, представленные на рисунке 7.1 [8].

Рисунок 7.1 – Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна

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 УВ могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

Дополнительная переработка УВ

Углеродные волокна могут выпускаться в разнообразном виде: штапелированные (резаные, короткие) нити, непрерывные нити, тканые и нетканые материалы. Наиболее распространенный вид продукции — жгуты, пряжа, ровинг, нетканые холсты. Изготовление всех видов текстильной продукции производится по обычным технологиям, так же как для других видов волокон. Вид текстильной продукции определяется предполагаемым способом использования УВ в композиционном материале, точно так же, как и сам метод получения композита.

Свойства углеродных волокон

Впервые получение и применение углеродных волокон было предложено и запатентовано известным американским изобретателей Томасом Алва Эдисоном в 1880 году в качестве нитей накаливания в электрических лампах [8].

Они оказались наиболее подходящим армирующим материалом для изготовления ракетных двигателей, так как обладают высокой термостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами, коррозионной стойкостью к воздействию газовых и жидких сред, высокими удельными прочностью, сопротивлением усталости и жесткостью.

По сравнению с обычными конструкционными материалами, например, алюминием или сталью, композиты с углеродными волокнами обладают некоторыми полезными свойствами.

Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.

Они имеют исключительно высокую термостойкость: в инертных средах или в вакууме – до 3000°С, на воздухе – до 450°С.

Изменяя условия термообработки, можно получить УВ с различными электрофизическими свойствами (удельное объёмное электрическое сопротивление от 2·10 −3 до 10 6 Ом/см) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.

Углеродные волокна превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы благодаря большой активной поверхности до 2500 м 2 /г, высокой прочности (3,6 Гн/м 2 ). Углеродные волокна обладают отличными сорбционными свойствами (1 гр. поглощает до 50 гр. нефтепродуктов) [8].

Применение углеродных волокон

Свойства углеродных волокон предопределяют возможность их применения в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике.

Благодаря высокой химической стойкости углеродные волокна применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов.

Электропроводность углеродных волокон позволяет бороться и со статическим электричеством: достаточно ввести в материал (ткань, бумагу) всего 0,02—1% углеродного волокна, чтобы электрические заряды полностью «стекали» с этого материала, как после обработки антистатиком.

Углеродные материалы, обладающие высокой адсорбционной активностью, с успехом применяют в виде повязок, тампонов и дренажей при лечении открытых ран и ожогов (в том числе и химических); для очистки крови и других биологических жидкостей; как лекарственное средство при отравлениях (благодаря их высокой способности сорбировать яды); как носители лекарственных и биологически активных веществ.

Углеродные волокна применяют для армирования композиционных, теплозащитных, химостойких в качестве наполнителей в различных видах углепластиков. Из модернезированных углеволокон изготавливают электроды, термопары, экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изделия для электро- и радиотехники. На основе углеродных волокон получают жесткие и гибкие электронагреватели, обогреваемую одежду и обувь. Нетканые углеродные материалы служат высокотемпературной изоляцией технологических установок и трубопроводов. Углеволокнистые ионообменники служат для очистки воздуха, а также технологических газов и жидкостей, выделения из последних ценных компонентов, изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания [9].

Читайте также:
Для чего нужен и каким бывает клапан для теплого пола?

В настоящее время углеродные волокна используют для термозащиты космических кораблей, самолетов, ракет, изготовления их носовых частей, деталей двигателей, теплопроводящих устройств, для энергетических установок и производства активированных углеродных волокон (например, в накопителях электроэнергии, аккумуляторах, батареях, устройствах-модулях по очистке газов, где требуются новые, в частности, токопроводящие углеродные волокна-сорбенты).

На основе вискозных нитей и волокон изготавливают нити, ленты, ткани, а также дисперсный порошок из размолотых волокон (Урал ®, УВК ®, Вискум ®), нетканый материал (Карбопон ®), активированные сорбирующие ткани (Бусофит ®), активированные сорбирующие нетканые материалы (Карбопонактив ®).

На основе вискозных штапельных волокон изготавливают волокна и нетканые материалы: карбонизованые — Углен ® и графитированые — Грален ®.

На основе нитей и жгутов изготавливают ленты и ткани (ЛУ ®, УКН ®, Кулон ®, Элур ®), активированные сорбирующие волокна и нетканые материалы (Актилен ®, Ликрон ®), дисперсный порошок из размолотых волокон (Ваулен®).

Волокна и нетканые материалы: карбонизованные — Эвлон ® и графитированные — Конкор ®.

Выпускают углеродные волокона и за рубежом:

– в США: Торнел ®, Целион ®, Фортафил ®;

– в Великобритании: Модмор ®, Графил ®;

– в Японии: Торейка ®, Куреха-лон ®.

Углеродное волокно и ткани из углеродных волокон

Помимо высоких прочностных свойств и малого веса, углеродное волокно и композиты на его основе (углепластик) имеют черный цвет и хорошо проводят электричество, что определяет и ограничивает области, где применяется углепластик и углеродное волокно. Кроме того, углеродное волокно и углепластик имеют очень низкий, практически нулевой коэффициент линейного расширения, что делает углеродное волокно незаменимым в некоторых специальных областях применения.

Производителям тканых материалов углеродное волокно поставляется в виде нитей, которые представляют собой группу элементарных углеродных волокон. Количество углеродного волокна в нити оценивается числом «К» — число тысяч элементарных углеродных волокон. Самое меньшее и самое дорогое углеродное волокно — 1К, наиболее распространенное углеродное волокно 3К, существуют также нити из углеродного волокна с К = 6, 12, 24, 48. Плоские ткани, где используется углеродное волокно 12K имеют плотность от 160 до 380 гр/м 2 .

Дата добавления: 2017-01-13 ; просмотров: 11069 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Углепластик своими руками как сделать

Карбоновый велосипед

Углеводородное волокно или карбон — это материал, «сотканный» из нитей углерода. Они тонкие, как человеческий волос, но прочные, как сталь. Их очень тяжело порвать, но сломать вполне возможно. Именно поэтому при производстве деталей используют несколько слоев карбона. Накладывая карбоновые слои друг на друга в различном порядке, производители добиваются наибольшей износостойкости и ударопрочности. Несмотря на свою «молодость», карбон уже прочно закрепился на рынке высокотехнологичных материалов.

Использование карбона

Сначала им заинтересовались космические и военные специалисты. Еще бы! Вещество, позволяющее снизить вес в несколько раз и при этом имеющее отличные показатели в прочности — это ли не чудо?

Затем углепластик постепенно начал завоевывать автомобильную отрасль. Сначала это были отдельные детали, требующие высоких результатов в устойчивости к разрывам, сейчас же карбон чаще всего служит эксклюзивным украшением авто, например как карбоновая «юбка».

И вот, сравнительно недавно, углеводородное волокно стали использовать на благо спортивных достижений. В частности, оно широко применяется для создания велосипедной рамы.

Дань моде или шаг в будущее?

На протяжении многих лет рама велосипеда изготовлялась из стали или алюминия. Прочная, легкая, износостойкая — она идеальна для велотуризма и профессиональных марафонов. Но постепенно место железа занимает карбон, значительно превосходящий металл по многим показателям.

Все чаще на турнирах по велоспорту можно встретить карбоновые велосипеды, да и любители обычных прогулок по парку не гнушаются приобретать дорогостоящие модели. Оправдано ли такое массовое увлечение новыми технологиями или это всего лишь очередная модная тенденция?

Главный секрет углеводородного волокна заключается в его изготовлении. Сложный технологический процесс запекания деталей, их выпиливания и соединения дает гарантию надежности. Однако в погоне за быстрой прибылью, фирмы-однодневки часто сокращают стадии и время производства, тем самым значительно ухудшая технические характеристики.

Такие карбоновые рамы от качественных аналогов на глаз не отличишь, зато при любом, даже самом незначительном повреждении, байк развалится буквально под хозяином. И все же именно спрос рождает предложение. Желая оказаться в тренде и при этом сэкономить, многие велолюбители готовы рискнуть и приобрести карбоновый велосипед подпольного изготовления.

Сталь или карбон?

Главным конкурентом углепластика в вопросе надежности и долговечности является сталь. Многие приверженцы консервативных взглядов считают, что металл намного больше подходит для изготовления велосипедных рам. И на то есть весомые аргументы:

  • Цена. Стоимость типового байка из карбона сомнительного качества значительно превышает цену стальной рамы, сделанной на заказ.
  • Долговечность. На сайтах и газетных страницах частенько можно увидеть объявления о продаже «стального коня» с рук. Даже спустя 10, 20, 30 лет велосипед не утрачивает своих основных характеристик. Разве что потускнел от времени. При этом продажа подержанного байка из углепластика — случай редкий. Рама такого велосипеда не всегда находит второго хозяина.
  • Ремонт. И здесь любителям металла впору ликовать. Все дело в том, что при сильном ударе карбоновая рама не гнется, а ломается на части. Как ваза, разбившаяся о кафель.

Как сделать автомобильный углепластик или карбон своими руками

То есть восстанавливать двухколесного друга бессмысленно и дорого. Рассказывать же о ремонте стальных рам не имеет смысла. Каждый велолюбитель со стажем хотя бы раз самостоятельно паял или выравнивал детали. Да, внешний вид байка после этого, прямо скажем, не праздничный, но ведь это уже особого значения не имеет.

И все же карбоновая рама находят своего потребителя. Ведь новейшие технологии изготовления предлагают неоспоримые плюсы своего товара. Во-первых, вес углепластиковой рамы может быть меньше килограмма. Возможно, для катания вокруг дома или до магазина этот аргумент не слишком актуален. Зато легкость байка в полной мере оценят любители дальних туристических маршрутов. Когда велосипед необходимо пронести на себе в гору, каждый грамм имеет значение.

Во-вторых, амортизация на таком средстве передвижения продумана до мельчайших деталей. Ни одна кочка или пригорок больше не будут неприятно отзываться эхом во всех органах едущего. Карбоновая рама остается в неподвижном состоянии. Это неоспоримый плюс. Ну и, в-третьих, благодаря цвету и фактуре карбона, байк выглядит стильно и модно. На таком не стыдно и девушку на свидании прокатить!

Основными поставщиками дешевых карбоновых рам являются производители из Тайвани.

Секреты производства

Многие мастодонты изготовления велосипедного «железа» все чаще приходят к выбору переориентирования производства на создание карбоновых деталей. И это вполне объяснимо.

Во-первых, углеводородная рама велосипеда делается вручную, с минимальным участием техники. А это значит, что можно сохранить количество рабочих мест и не растрачиваться на ремонт дорогостоящего оборудования.

Во-вторых, спрос на новейшие технологии только растет, а значит, сулит большую прибыль. И речь идет не только об обычных покупателях, но и о звездах велосипедного спорта мирового уровня! Так как же выглядит процесс изготовления карбона?

  1. Чаще всего углепластик поступает на завод в виде листов, пропитанных смолой. Реже — как катушки ниток;
  2. Материал режется на части, соответствующие деталям велосипеда. Однако уже здесь производители берут во внимание тот факт, что при наложении слоев, волокна должны «смотреть» в разные стороны для большей надежности. Поэтому полоски углеводорода не всегда идеально подходят под предполагаемую форму;
  3. Затем происходит непосредственное создание чуда. Карбон нагревают и как бы лепят с его помощью раму велосипеда. Этот процесс требует предельного внимания и сосредоточенности;
  4. Переходим к «горяченькому». Все детали фиксируются и укладываются на специальную форму. Пункт назначения: печь!;
  5. После нескольких часов томления, карбоновая рама достается, и ей дают остыть. На этом же этапе проверяют все стыки, неровности и недочеты;
  6. Теперь можно и шлифовкой заняться. Все основание будущего байка зачистят и покрасят;
  7. Рама готова!

Своими руками

Несмотря на довольно кропотливый технологический процесс, народные умельцы умудряются воссоздавать карбоновые рамы своими руками. В интернете можно найти массу видео и фото-инструкций с описаниями на эту тему, начиная от чертежей и заканчивая температурой печи. Удивительно, но у них действительно получается отличная рама! Может, получится и у вас? Ведь создание собственного байка своими руками — поистине бесценное удовольствие!

Карбоновая рама велосипеда — предмет долгих и жарких дискуссий в интернете. Одни считают ее дорогим, но бессмысленным китчем. Другие уверены, что время алюминия и стали осталось в прошлом и теперь будущее за высокими технологиями. Тратить ли все свои средства на приобретение карбона — решать только вам. Однако стоит лишний раз подумать и сделать правильный выбор.

Способы получения и свойства углеродного волокна

Прошло почти полтора века с того момента, как изобретательный американец Томас Эдисон запатентовал использование углеродных волокон в качестве нитей накаливания в электрических лампах. Сейчас углеволокно стало символом инноваций, совершенства и нового времени. Его применяют во всех технологичных областях – военная промышленность, ракетостроение, авиация, строительство, спорт, медицина. Но изделия из углеродного волокна все чаще можно обнаружить у себя дома! В свободной продаже есть карбоновые удочки, инструменты, одежда, чехлы для смартфонов, ноутбуки, бейсбольные биты, даже карбоновые украшения. Какова же причина растущего признания? Все это лидеры в своей области, авангард современных технологий. И у каждого из нас теперь есть возможность приобрести углеволокно – материал будущего!

Свойства углеродного волокна

Давайте разбираться, что же собой представляет столь многообещающее углеродное волокно. Это материал, состоящий из тончайших нитей диаметром от трех микрон, состоящих практически на сто процентов из атомов углерода. Атомы углерода в нем объединены в кристаллы, выровненные параллельно друг другу, словно стойкие легионеры в когорте. Такое расположение кристаллов наделяет углеволокно уникальным набором технических характеристик и эксплуатационных свойств:

  1. Великолепная механическая прочность при малом весе.
  2. Повышенная сопротивляемость высоким температурам.
  3. Отличная коррозионная стойкость в агрессивных средах.
  4. Хорошие теплоизоляционные свойства.
  5. Химическая инертность при неплохих адсорбирующих свойствах.

Столь уникальная совокупность всех этих достоинств сверхлегкого углеволокна объясняет его ценность и незаменимость во многих отраслях промышленности. Композитные материалы на основе углеродных наполнителей являются идеальным материалом для работы в экстремальных условиях. И уже теснят привычную сталь, уступающую в несколько раз в прочности и жесткости при равенстве массы. Снижение веса деталей и конструкций позволяет существенно экономить топливо, а также сокращает вредные выбросы в атмосферу.

Способы получения углеродного волокна

Углеродное волокно – чудесный полимер, он прочнее стали, но гораздо легче. Как же его получают? Обработкой природных или специальных химических волокон очень высокой температурой, в результате которой в материале остается преимущественно углерод. В качестве органических источников выступают полиакрилонитрильные (ПАН) и вискозные волокна, химических – фенольные смолы, лигнин, каменноугольные и нефтяные пеки.

Рассмотрим процесс термической обработки полиакрилонитрила, состоящий из нескольких этапов:

  1. Окисление. В течение суток нагреваем при температуре 250˚ С – это заставляет углерод C и азот N образовывать циклические соединения в виде колец:

  1. Карбонизация. Температуру повышаем до 700-1500 ˚ , водород H 2 испаряется. Получаем ряды склеенных колец, которые затем соединяются друг с другом.

  1. Графитизация. Увеличиваем нагрев до 1300-3000˚C, что приводит к слиянию вновь образованных лент между собой и удалению азота N 2 :

В результате термической обработки мы получим почти чистый углерод в форме графита. Такое вещество и будет называться углеродным волокном. Из этих волокон затем делают нити, которые могут сплетаться в специальную ткань – универсальную углеродную ленту FibArm Tape с весьма широким спектром применения.

Широкое распространение получили углепластики – это композитные материалы, в которых смола удерживает нити углеволокна в требуемом положении, придавая форму и необходимые характеристики пластику. В роли смолы чаще всего используют эпоксидные составы, такие как двухкомпонентная эпоксидная смесь FibArm Resin HT+.

Углеродные волокна сегодня все чаще используются при строительстве, укреплении и сейсмоусиления конструкций, выполненных из:

  1. Металлов.
  2. Камня.
  3. Дерева.
  4. Железобетона.

Усиление строительных конструкций углеволокном увеличит несущую способность без изменения структуры объекта. Все необходимые композитные материалы можно приобрести на нашем сайте FibArm, где представлены линейки следующей продукции:

  1. Углеродные ленты и сетки.
  2. Саржа.
  3. Ламель.
  4. Анкерные жгуты.
  5. Эпоксидный клей.
  6. Ремонтные составы.

Применение углеволокна в строительстве

Немного истории: как появился карбон

На сегодняшний день углерод в том или ином виде востребован практически во всех промышленных отраслях. Особенностью и главным его преимуществом является то, что он способен гармонично дополнять традиционные строительные материалы, будь то стекло, метал, дерево или бетон или же и вовсе заменить их, что весьма выгодно и для человека, и для природы.

Открыт углерод еще в 1880 году Т. Эдисоном в процессе исследования нити лампы накаливания. Благодаря зарубежным производителям и промышленникам углеволокно стало активно применяться в различных отраслях, в том числе и в строительстве. На территории нашей страны последние проекты с использованием углеволокна разрабатывались еще в советские времена, потому сейчас они активно реанимируются инженерами.

Углеволокно: характеристика материала и особенности его использования

Углеродное волокно является продуктом искусственного происхождения и относится к полимерам с композитной структурой. Формируется из тонких нитей (диаметр от 3 до 15 микрон), а нити, в свою очередь, из атомов углерода, которые объединяются в кристаллическую сетку. За счёт физических особенностей атома углерода, кристаллы в сетке располагаются параллельно относительно друг друга. Такое выравнивание является ключевым фактором, который способствует повышенной прочности волокна на растяжение.

Широкое использование углеволокна в аэрокосмической сфере и оборонной промышленности, а также для сооружения зданий обосновано тем, что по твердости материал значительно превосходит металл. Углеволокно в строительстве начали использовать в 1980 году в Калифорнии для укрепления построек, находящихся в сейсмически активной зоне. В отечественном строительстве материал применяется, как правило, в процессе ремонтных работ, но его популярность и сфера использования постепенно растет.

Технические характеристики и плюсы применения в строительстве

Столь продолжительный эксплуатационный срок углеволокна обусловлен такими характеристиками:

  • Отличная адгезия к поверхностям с различной структурой.
  • Высокая устойчивость к коррозийным процессам.
  • Лёгкость и прочность. Благодаря тому, что углеволокно обладает поразительной лёгкостью, его используют в системах армирования, что позволяет снизить нагрузку на фундамент здания.
  • Изоляция от влаги. Поверхность углепластикового волокна является глянцевой, что исключает возможность его реакции с водой.
  • Высокая огнеупорность и ударопрочность.
  • При использовании для армирования, можно наносить материал в несколько слоёв.
  • Проведение ремонтных работ любого типа, где возможно применение углеволокна, может осуществляться без прекращения эксплуатации самого здания.
  • Является полностью токсически безопасным и экологически чистым.
  • Высокая степень универсальности. Может использоваться при армировании конструкций практически любых конфигураций: на ребристых поверхностях, закругленных и угловых элементах, балочных сегментах рамных конструкций и пр.

Составляющей углеродного волокна является полиакрилнитрит, который предварительно обрабатывается высокой температурой (в пределах 3000° – 5000°С). Учитывая вышеописанные технические характеристики, наиболее частой сферой применения углеволокна в строительстве является внешнее армирование.

При этом волокно пропитывается двухкомпонентной эпоксидной смолой, которая выступает связующим веществом. Монтаж производится аналогично обоям – материал просто наклеивается на поверхность конструкции, которая укрепляется.

Использование именно эпоксидной смолы в качестве связующего вещества обусловлено следующими особенностями материала:

  1. Такая смола имеет высокие адгезивные свойства по отношению к бетонным поверхностям.
  2. Компоненты углеволокна и смолы вступают между собой в химическую реакцию, в результате которой углеводород приобретает жёсткость пластика и становится прочнее стали в 7 раз.

Благодаря таким характеристикам углеволокно занимает лидирующие позиции среди композитных материалов. Прочность материала на разрыв в 4 раза превосходит сталь лучших марок, несмотря на то, что он на 75% легче железа и на 30% алюминия. Удельный вес углеродного волокна относительно низкий, а при нагревании материал расширяется незначительно, что обеспечивает возможность применение углеволокна в различных климатических зонах.

Недостатки углеволокна

Список недостатков карбона короткий, но обязательно должны быть учтены при планировании строительства. Выделяют три основных недостатка:

  1. Углеволокно является хорошим отражателем электрических волн.
  2. Материал отличается высокой стоимостью в сравнении с аналогами.
  3. Изготовление композита более трудоёмкое, чем производство металла.

Применение углеродного волокна в строительстве: основные варианты

Эффективность карбона позволяет успешно применять его для армирования конструкций из дерева, кирпича или железобетона. Согласно СНиП и ГОСТ, сооружение, усиленное таким материалом, становится прочнее на сжатие до 120%, а на изгиб получает еще плюс 65% прочности.

Помимо такого варианта использования, углеродное волокно также успешно используется для реставрации каменных конструкций, к примеру, балок и опор бетонных мостов. В частном строительстве усиление фундамента или стен посредством карбона придаст сооружению большой запас прочности.

Усиление построек с помощью армирования карбоном необходимо в таких случаях:

  • Конструкция была повреждена, в результате чего её несущая способность снизилась, стали появляться трещины.
  • Изменились условия эксплуатации помещения, возросли нагрузки на него.
  • Планируется постройка здания в сейсмически активной зоне.
  • Для устранения разрушений бетона и коррозийных процессов в арматуре, если постройка долгое время подвергалась агрессивному воздействию внешней среды.

Если углеродное волокно было выбрано на этапе проектирования постройки, как один из компонентов системы внешнего армирования, то в работе следует руководствоваться Сводом правил 164.1325800.2014.

Производя армирование самостоятельно, нужно учитывать, что наклеивание карбона осуществляется в зонах наибольшей нагрузки: как правило, это центральная часть пролета, которая соприкасается с нижней гранью. Для работы с изгибами можно выбрать любой тип материала – ленты, сетки или ламели.

В процессе армирования балок может возникнуть необходимость дополнительного укрепления приопорных зон, что повысит несущую способность всей конструкции при поперечной нагрузке. Для этого используют U-образные хомуты из лент или сеток.

Где следует осуществлять внешнее армирование карбоном

Углеволокно в строительстве может быть использовано для усиления зданий и сооружений из таких материалов:

  1. Камень. Сюда относят столбы, пилоны, кирпичные дома. Углеволокно применимо здесь как в процессе постройки, так и для проведения рементных работ.
  2. Железобетон. Здесь углеродное волокно может быть использовано для гидротехнических построек, мостов, паток архитектуры.
  3. Металл. Такие сооружения имеют близкий к углеволокну модуль прочности и упругости, но их усиление все равно необходимо, особенно в зонах с неустойчивыми грунтами.

Условия успешного процесса армирования внешних конструкций

Чтобы процесс усиления постройки прошёл максимально эффективно, следует обеспечить ряд таких условий:

  • Надежное сцепление с поверхностью здания. Чем лучше армирующая сетка из углеволокна будет приклеена к конструкции, тем более эффективной будет передача усилий на неё.
  • Отсутствие естественной влаги. Важно обеспечить сухость поверхности, армирование которой будет проводиться.
  • Материалы, используемые в работе (особенно клеевые составы) должны отличаться высоким качеством и отличными характеристиками для обеспечения максимальной эффективности.

Профессиональное внешнее армирование углеволокном

Несмотря на возрастающую популярность использования углеродного волокна, технология его применения остаётся достаточно сложной для домашнего мастера. Потому если вы хотите осуществить строительные или ремонтные работы с таким композитным материалом, то следует доверить это профессионалам. Компания ИнноваСтрой уже много лет успешно осуществляет проекты по возведению объектов разной сложности.

Нашей фирме по силам любые задачи: начиная от проектирования постройки до сдачи готового объекта с отделкой. Что касается углеволокна, то это очень дорогой материал, который требует определенных навыков его монтажа, а также наличие специального оборудования. Для успешного выполнения армирования следует подготовить поверхность и сам композитный материал, правильно осуществить его монтаж (что зависит от типа конструкции), а затем грамотно нанести следующие слои.

ИнноваСтрой готова взяться за весь спектр работ по армированию постройки, а также выполнить ремонтные работы уже готовых сооружений с укреплением их карбоном. Мы работаем в строительной сфере уже не первый год и знаем территориальные особенности каждого региона, а потому сможем рассчитать целесообразное количество материала.

Сотрудничество домов и коттеджей с нами является гарантией таких преимуществ:

  • Мы можем проводить встречи с клиентами удаленно. Данная функция наиболее выгодна, когда у заказчика нет возможности посетить наш офис лично. В таком случае, мы предлагаем связь по Скайпу или посредством другой удобной программы.
  • Приемлемые цены на услуги строительной компании . Стоимость наших работ всегда очень разумна и рассчитывается исходя из определенных критериев.
  • Индивидуальный подход. Каждый клиент очень ценен для нас, потому мы выслушиваем все ваши требования или пожелания по проекту и выполняем работу так, как было согласовано.
  • Широкий спектр предоставляемых услуг. Наш штат имеет квалифицированных специалистов из разных отраслей строительства и отделки помещений.

Убедиться в нашем профессионализме вы можете, связавшись с менеджером компании по телефону. Мы с радостью ответим на все ваши вопросы и предоставим консультацию. Настало время заказать индивидуальный проект дома и получить жилье своей мечты!

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: