Получение углеродных волокон и их свойства

ПОЛУЧЕНИЕ УГЛЕРОДНЫХ ВОЛОКОН И ИХ СВОЙСТВА [c.27]

Получение углеродных волокон и их свойства [c.29]

Свойства углеродных волокон так же, как и других материалов на основе графита, определяются их структурой. Модуль упругости материала связан с силами межатомного взаимодействия. Возможность получения углеродных волокон с высокими значениями модуля упругости связана с чрезвычайно высокой энергией взаимодействия ато- [c.13]

Предел прочности при растяжении современных коммерческих углеродных волокон с плотностью —1,8 г/см колеблется в зависимости от их сорта в интервале от 1380 до 3450 МН/м (141 — 352 кгс/мм ), хотя предел прочности волокон, полученных в лабораторных условиях —6,9 ГН/м (704 кгс/мм"- ). Эти з начения обусловливают чрезвычайно высокий уровень удельных механических характеристик углеродных волокон. Обзор механических свойств коммерческих углеродных волокон приведен в работах [31, 32, 83, 85]. Следует отметить, что, хотя углеродные волокна представляют собой поликристаллические тела, они характеризуются высокой степенью преимущественной ориентации пачек углеродных слоев, определяющей высокий уровень прочности и модуля упругости вдоль оси волокон и оказывающей влияние на плотность, теплофизические и электрофизические свойства. [c.341]

Среди полимерных материалов, армированных непрерывными волокнами, углепластики - одни из наиболее перспективных. В настоящее время для получения армированных пластиков используются, как известно, не только углеродные волокна. Уже продолжительное время применяются борные волокна, которые по сравнению с углеродными волокнами обладают большей жесткостью. Арамидные волокна, с появлением которых изменились наши представления о свойствах органических волокон, имеют значительно меньшую плотность, чем углеродные волокна. Волокна из карбида кремния и оксида алюминия весьма стойки к воздействию высоких температур. Поэтому углеродные волокна используют тогда, когда они могут успешно конкурировать по свойствам с другими волокнами. Недостатки материалов на основе углеродных волокон можно компенсировать, используя гибридные армированные пластики, которые получают путем сочетания в одном материале углеродных и других типов волокон. Таким образом, при создании современных композиционных материалов применяют дифференцированный подход к выбору волокон или их комбинаций. [c.263]

О влиянии структуры армирования на формирование упругих свойств углерод-углеродных материалов можно судить по данным, полученным при исследовании двух видов структур ортогонально-армированной в трех направлениях и с переменной укладкой по толщине их структурные параметры приведены в табл. 9.19. Всего исследовано четыре типа материалов 0—4). Причем материал типа 1 имел два варианта (А и Б) одинаковой структуры, различие состояло только в характере распределения волокон по направлениям армирования. Материал типа 2 имел ортогональное расположение волокон по трем направлениям и одинаковое их объемное содержание, но его изготовление проходило без повторной графитизации. Структура армирования материала типа 4 отличалась от первых трех тем, что угол укладки волокон в плоскости ху изменялся по толщине, т. е. каждый последующий слой по отношению к [c.293]

Рассмотрим влияние условий получения углеродных волокон на их механические свойства. Модуль упругости углеродных волокон возрастает с увеличением температуры прогрева (рис. 2.4) [6]. Прочность при растяжении возрастает с ростом температуры прогрева на стадии карбонизации и снижается на стадии графитизации (рис. 2.5) [6]. Улучшение свойств в процессе карбонизации связывают с ростом ароматических фрагментов, из которых состоят углеродные волокна, с процессом взаимного сшивания этих фрагментов, повышением степени ориентации, усложнением текстуры волокон и другими факторами. Снижение прочности в процессе дальнейшего повышения температуры происходит вследствие порообразования, связанного с выделением газов при реакции неор- [c.33]

Способ получения углеалюмипия пропиткой каркаса из армирующих волокон матричным расплавом позволяет использовать большую номенклатуру алюминиевых сплавов в качестве матричных. Как ун е отмечалось, эвтектический сплав А1—12% Si был выбран из-за своей низкой температуры плавления. Усовершенствование процесса изготовления углеродных волокон и их поверхностной обработки дает возможность применять сплавы с более высокой температурой плавления без заметного ухудшения механических характеристик углеродных волокон. В связи с этим последующие исследования были направлены на изучение влияния состава матрицы на свойства углеалюминия, в то же время был организован промышленный выпуск более качественных волокон Торнел-75 и эти волокна стали использоваться в качестве упроч-нителя. Исследовали матрицы следующего состава технический алюминий, сплав с 7% Mg, сплав с 7% Zn и сплав с 13% Si. [c.382]

Промышленное производство углеродных волокон впервые было осуществлено с использованием высокотемпературной обработки вискозы. В Японии проф. Синдо (автором гл. 2) был разработан метод производства углеродных волокон из полиакрилонитрила. Этот метод в настоящее время является основным. В последнее время разработан промышленный метод получения пековых углеродных волокон. Работы по улучшению характеристик углеродных волокон и на основе полиакрилонитрила, и на основе пеков продолжаются, в том числе в направлении совершенствования технологии их производства. Характеристики углеродных волокон неуклонно улучшаются, в то время как свойства других армирующих материалов остаются на постоянном уровне.О [c.25]

Армированные пластмассы представляют собой полимерную матрицу, упрочненную волокнами. Свойства армированных пластмасс определяются прежде всего характеристиками армирующих волокон, в том числе углеродных. Техника получения волокнообразного углерода путем прокаливания хлопчатобумажной нити известна еще со времени изобретения лампы накаливания. В Японии был разработан метод получения углеродных волокон путем высокотемпературной обработки волокон из полиакрилонитрила. Эту разработку стимулировала перспектива улучшения свойств пластмасс путем армирования их углеродными волокнами в результате были созданы современные промышленные материалы с улучшенными свойствами и структурой. Важным направлением материаловедения является также сочетание углеродных волокон с металлической матрицей. [c.27]

Исследования тонкой структуры углеродных волокон, полученных из полиакрилпитрильного сырья [7, 30, 43 и 92], подтвердили сходство основных элементов их структуры. Размер элементарных фибрилл в этих волокнах колеблется от 250 до 1000 А, в волокнах также присутствуют различные внутренние дефекты (рис. 9), наличие которых требует тш,ательного 1 онтроля механических характеристик углеродных волокон потребителем. Помимо внутренних дефектов, на механические характеристики углеродных волокон и, следовательно, на свойства получаемых на их основе композиционных материалов оказывают большое влияние различные поверхностные дефекты и морфология поверхности волокон (удельная поверхность, шероховатость, распределение поверхностной пористости), а также химические и термодинамические характеристики поверхности (природа функциональных групп — наличие оксинитридов, атомарного кислорода или карбоксильных групп, смачиваемость и адсорбционные свойства). Поверхностные характеристики углеродного волокна чрезвычайно важны для оценки возможности взаимодействия волокон с металлической матрицей. Некоторые данные о поверхностных свойствах углеродных волокон приведены в обзоре [19]. [c.353]

Углеродные волокна можно получать из многих полимерных волокон [1]. В этой главе мы рассмотрим вопросы получения и свойства выпускаемых в промышленном масштабе волокон, в частности высококачественных углеродных волокон. В зависимости от режима термообработки углеродные волокна подразделяются на карбонизованные и графитизированные. Вследствие различия их кристаллического состояния первые называют карбоновыми или углеродными, а вторые - графитовыми.О По физическим характеристикам они подразделяются на высококачественные и низкокачественные (низкосортные) углеродные волокна. К высококачественным волокнам относятся 1) высокопрочные углеродные (I) и высокомодульные графитовые (II) волокна, углеродные волокна с повышенной прочностью и удлинением (III) [на основе полиакрилонитрила (ПАН)] 2) высокомодульные графитовые волокна (IV) [на основе жидкокристаллических (мезофазных) пеков]. К низкосортным волокнам или волокнам общего назначения относятся 1) низкографитизированные углеродные (V) и графитовые (VI) волокна и материалы (на основе ПАН) 2) низкографитизированные углеродные (VII) и графитовые (VIII) волокна и материалы (на основе обыч- [c.27]

Непрерывные волокна из оксида алюминия имеют либо структуру шпинели ( ) -А12 0з), либо структуру а-Л12 0з. Для армирования материалов могут использоваться оба указанных типа непрерывных волокон из оксида алюминия [24—25]. Их физико-механические свойства приведены в табл. 8.8, а на рис. 8.12 показаны их микрофотографии, полученные методом растровой электронной микроскопии. Волокна из оксида алюминия со структурой шпинели изготавливают путем спекания в воздушной среде волокон, полученных прядением по мокрому методу из раствора, содержащего полимер алюминийорганического соединения и кремнийорганическое соединение. Такие волокна состоят из микрокристаллов размером порядка 10 нм, сохраняют стабильную структуру до высоких температур и содержат около 15 масс. % оксида кремния. Волокна из а-Д12 Оз также изготовляют спеканием в воздушной среде волокон, полученных прядением из суспензии мелкодисперсного порошка а-Л12 0з в основном хлориде алюминия. Агломераты частиц имеют размер 0,5 мкм. Достоинствами этих двух типов армирующих волокон из оксида алюминия по сравнению с углеродными волокнами являются электроизоляционные свойства, бесцветность, стабильность свойств на воздухе при высоких температурах и при контакте с расплавленными металлами. Их недостаток — сравнительно высокая плотность. Различие структуры указанных двух типов непрерывных волокон из оксида алюминия приводит к различию их физических свойств. Волокна со структурой шпинели имеют большую прочность и поддаются текстильной переработке для получения ткани и т. д. Эти волокна имеют меньшую плотность, чем волокна из a-Al2 О3. С другой стороны, волокна из a-Al2 О3 имеют более высокий модуль упругости. Различия этих двух типов волокон подобны различиям между двумя типами углеродных волокон карбонизованными и графитизированными. [c.280]

Графитовые волокна или нити имеют высокие значения отношений модуля упругости и прочности к плотности и обладают рядом необходимых свойств. При получении волокон в качестве исходного материала используют пучки нолиакрилонитриловой или шелковой нити, из которых в процессе пиролиза образуется углерод. Затем при растяжении нитей в условиях высоких температур происходит графитизация углерода. Величина окончательного модуля упругости обычно зависит от температуры процесса графитизации. Значения модуля упругости углеродных волокон обычно находятся в пределах 240—500 ГН/м (24,5—52,5 X X 10 кгс/мм ). Наиболее высокое значение модуля упругости получено при температуре выше 2500° С. Типичный пучок графита, изготовленный из орлона, содержит 10 ООО первичных волокон в нити диаметром приблизительно 7 мкм. Хотя прочность волокна 2,8 ГН/м (280 кгс/мм ) является достаточной, проблемы изготовления композиционного материала, связанные с взаимодействием графитовых волокон с расплавленными металлами, ограничивают их пригодность для армирования металлических матриц. [c.41]

Связь между компонентами в КМ на неметаллической основе осуществляется с помощью адгезии. Плохой адгезией к матрице обладают высокопрочные борные, углеродные, керамические волокна. Улучшение сцепления достигается травлением, поверхностной обработкой волокон, называемой вискеризацией. Вискеризация — это выращивание монокристаллов карбида кремния на поверхности углеродных, борных и других волокон перпендикулярно их длине. Полученные таким образом мохнатые волокна бора называют борсик . Вискеризация способствует повышению сдвиговых характеристик, модуля упругости и прочности при сжатии без снижения свойств вдоль оси волокна. Так, увеличение объемного содержания нитевидных кристаллов до 4 - 8 % повышает сдвиговую прочность в 1,5 - 2 раза, модуль упругости и прочность при сжатии на 40 -50 %. [c.449]

На рис. 3.1.7 показана микроструктура композиционного материада на основе а-же-леза с углеродными волокнами ( 200). Такие материалы пока не имеют высоких свойств в связи с тем, что искусственные волокна углерода пропитьшаются жидким железом и активно с ним реагируют. Это приводит к вырождению волокон и потере их прочности. Однако проводятся работы по получению в чугуне свободного углерода с иным распределением атомов углерода в пространстве, чем в графите. [c.424]

Для композищюнных материалов с пироуглеродной матрицей (два последних типа) по представленным в табл. 6.6 данным трудно установи ь влияние структуры на их упругие свойства. Более четкое представление о зависимости упругих характеристик углерод-углеродных композиционных материалов от структуры армирования и свойств исходных компонентов можно получить сопоставлением расчетных и экспериментальных значений (табл. 6.8). Расчетные значения вычисляли по зависимостям, полученным для аналогичных структур в гл. 5. При расчете модуль упругости углеродной матрицы принят равным 6110 МПа (усредненные данные эксперимента), волокон — 2,2-10 МПа. Объемное содержание арматуры н материалах устанавливали двумя способами по плотностям исходного каркаса и волокон [см. (1.2)], а также по содержанию волокон в материалах [c.176]

В большинстве случаев паковку сухого ориентированного волокна непрерывно наматывают на цилиндрическую оправку и придают детали необходимую окончательную форму (рис. 17.4). Расширение возможностей применения и непрерывное снижение стоимости высокопрочных волокон способствуют использованию их в процессе пултрузии. Для получения конструкционных изделий, по свойствам значительно превышающих аналогичные изделия из традиционных материалов, применяются углеродное и арамидное волокна и волокна из S-стекла. В производственной [c.241]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...