15 фактов об углеродном волокне, которые вы не знали

Знаете ли вы об удивительных свойствах углеродного волокна? Этот материал покорил несколько отраслей промышленности своим исключительным соотношением прочности и веса, что сделало его очень востребованным. В этой статье мы рассмотрим увлекательные факты и менее известные аспекты углеродного волокна.

1. Крупнейший производитель углеродного волокна — не США!

Крупнейшим производителем углеродного волокна является Япония. Они присутствуют на рынке углеродного волокна более 20 лет и являются ключевым игроком в развитии отрасли углеродного волокна. Они имеют большую долю рынка и продолжают инвестировать в исследования и разработку новых приложений для углеродного волокна.

Япония является лидером в производстве углеродного волокна с начала 1990-х годов. Они были первыми, кто коммерциализировал производство углеродного волокна и были ключевым игроком в развитии отрасли углеродного волокна. Страна имеет большую долю рынка и продолжает инвестировать в исследования и разработку новых приложений для углеродного волокна.

Одним из ведущих производителей является Toray Industries, Inc.
Основанная в 1926 году, Toray Industries, Inc. — японская многонациональная корпорация, известная своими передовыми технологиями материалов. Компания производит широкий ассортимент продукции из углеродного волокна, включая препрег, жгут и нить.

2. Существует 2 метода производства: мокрая выкладка и препрег.

Производство углеродного волокна — это процесс, который включает преобразование сырого углеродного волокна в пригодный к использованию продукт. Существует два основных метода производства углеродного волокна: мокрая выкладка и препрег. Мокрая выкладка — это наиболее распространенный метод производства углеродного волокна, он включает замачивание углеродного волокна в смоле перед его укладкой на форму. Препрег — это более сложный метод производства углеродного волокна, который включает пропитку углеродного волокна смолой перед его укладкой на форму.

Свойства углеродного волокна во многом определяются производственным процессом. Например, углеродное волокно мокрой выкладки будет иметь другие свойства, чем углеродное волокно препрега. Композиты из углеродного волокна также имеют другие свойства, чем чистое углеродное волокно, поскольку смола, используемая в производственном процессе, может влиять на конечный продукт. В целом, углеродное волокно является чрезвычайно прочным и легким материалом, который часто используется в приложениях, где эти свойства желательны.

3. Углеродное волокно более огнестойко, чем арамид.

Помимо прочности и долговечности, углеродное волокно также имеет преимущество в том, что оно более огнестойкое, чем другие материалы, такие как кевлар. Температура плавления углеродного волокна составляет около 3500 °C, тогда как у арамидной ткани — всего 500 °C. Это приводит к вопросу: почему бы не использовать углеродное волокно в качестве материала для огнестойких костюмов? Ответ прост. Хотя углеродное волокно может быть более огнестойким, чем кевлар, его недостаточно, чтобы выдерживать экстремальные условия пожара.

Пожарным необходимо защитное снаряжение, которое способно выдерживать не только высокую температуру, но и едкие химикаты и токсины, присутствующие в огне. Кевлар, с другой стороны, специально разработан для работы в таких условиях и является предпочтительным материалом для огнестойких костюмов.

4. UHM углеродное волокно — самый дорогой тип

Самый дорогой тип углеродного волокна обычно изготавливается из сверхвысокомодульных (UHM) углеродных волокон. Эти волокна имеют прочность на разрыв более 600 ksi (4140 МПа) и модуль упругости более 70 msi (483 ГПа). Это ставит их в один ряд с самыми прочными и жесткими материалами из имеющихся. Высокая стоимость этих волокон обусловлена специализированным производственным процессом, необходимым для их производства.

Несмотря на высокую стоимость, углеродное волокно UHM обладает множеством уникальных свойств, которые делают его подходящим для определенных применений. Например, его высокая прочность и жесткость делают его идеальным для использования в отраслях, где снижение веса имеет решающее значение, например, в аэрокосмической промышленности, где каждая сэкономленная унция веса означает значительную экономию топлива.

5. Саржевый узор прочнее обычного.

Углеродное волокно саржевого переплетения широко считается более прочным, чем простое углеродное волокно, благодаря своему уникальному плетению. Этот рисунок создает диагональную конфигурацию волокон, что позволяет углеродному волокну саржевого переплетения сохранять свою форму и жесткость при воздействии нагрузки или растяжения.

Напротив, простое углеродное волокно сплетено по простой схеме «сверху вниз», что позволяет ему быть более гибким, но менее устойчивым к деформации под нагрузкой. Это может сделать простое углеродное волокно менее эффективным в приложениях, где жесткость и устойчивость имеют решающее значение, например, в аэрокосмической промышленности и высокопроизводительном спортивном оборудовании.

6. Узор ткани из углеродного волокна может быть изготовлен по индивидуальному заказу

Индивидуализация узоров ткани из углеродного волокна может быть достигнута с помощью различных методов, таких как ткачество, печать или даже лазерная гравировка. Каждый из этих методов обеспечивает уникальный способ создания узоров, которые могут быть адаптированы к требованиям каждого конкретного применения. Например, производители спортивного инвентаря могут захотеть создать ткань из углеродного волокна с определенным дизайном, который отражает их бренд или который привлекает их целевой рынок.

Эта кастомизация улучшает адаптируемость ткани из углеродного волокна для различных применений, что в свою очередь увеличивает ее популярность как среди производителей, так и среди конечных пользователей. В целом, это дает фантастическую возможность для творческого поиска, что делает ее отличным выбором для дизайнеров и производителей, которые стремятся к уникальности и индивидуальности в своих продуктах.

7. Отрасль, которая использует большую часть этого материала, — не автомобильная.

Углеродное волокно — один из самых прочных и легких материалов в мире. Благодаря своим уникальным свойствам оно становится все более популярным во многих отраслях в последние годы. Так в какой же отрасли больше всего используется углеродное волокно?

Аэрокосмическая промышленность является крупнейшим потребителем углеродного волокна в мире. Композиты из углеродного волокна используются для производства деталей самолетов, включая крылья, фюзеляж, хвостовые части и компоненты двигателя. Использование углеродного волокна в самолетах помогает снизить вес самолета, что приводит к повышению топливной эффективности и сокращению выбросов CO2.

8. Углеродное волокно можно ремонтировать

Один из способов ремонта углеродного волокна — нанесение эпоксидной смолы. Эпоксидная смола представляет собой комбинацию смолы и отвердителя. Ее можно использовать для заполнения трещин или отверстий в углеродном волокне и восстановления его первоначальной прочности. Эпоксидная смола наносится на поврежденный участок, а затем место ремонта шлифуется, чтобы сгладить его.

Другой метод ремонта — использование заплат. Заплаты из углеродного волокна можно нанести на поверхность поврежденного участка, а затем приклеить на место эпоксидной смолой. Затем заплата и эпоксидная смесь соединяются с исходным углеродным волокном, в результате чего получается прочный, бесшовный ремонт.

Поэтому углеродное волокно можно ремонтировать различными методами и приемами. Если вам нужно заполнить трещину, наложить заплатку или найти полную замену, существуют решения, которые позволят восстановить прочность и красоту углеродного волокна. Поэтому не беспокойтесь, если ваш предмет из углеродного волокна поврежден, потому что при правильном ремонте он может выглядеть и функционировать так же хорошо, как новый.

9. Разве вы не знаете, что самая экономически эффективная страна происхождения — Китай?

Китайское углеродное волокно известно своей высокой стоимостью, что обусловлено несколькими факторами.

1. Китай обладает богатым ресурсом дешевого сырья, такого как уголь и нефть, которые необходимы для производства углеродного волокна. Это преимущество позволило китайским производителям производить углеродное волокно по гораздо более низкой стоимости по сравнению с другими странами.
2. Китай постоянно инвестирует в исследования и разработки, что приводит к созданию передовых технологий производства углеродного волокна. Это позволило китайским производителям улучшить качество своей продукции, сохраняя при этом конкурентоспособные цены.
3. Китайская углеродная волокнистая промышленность хорошо интегрирована, с полной производственной цепочкой, которая включает поставку сырья, переработку и разработку продукта. Эта интеграция позволила китайским производителям добиться экономии за счет масштаба, сделав свою продукцию доступной для более широкого рынка.
4. Политика правительства Китая поддерживает рост отрасли углеродного волокна, стимулируя производителей инвестировать в НИОКР, производство и экспорт.

Все эти факторы способствовали лидирующей позиции Китая на мировом рынке углеродного волокна, предлагая высокопроизводительные продукты, которые доступны по цене по сравнению с продуктами других стран. Поскольку Китай продолжает совершенствовать технологии и инвестировать в отрасль, ожидается, что эффективность затрат на его углеродное волокно останется высокой в ближайшие годы.

10. Углеродное волокно бывает не только черным

Одно из распространенных заблуждений об углеродном волокне заключается в том, что оно доступно только в черном цвете. Однако это неправда. Углеродное волокно может быть изготовлено в различных цветах, включая белый, синий, красный, желтый и другие.

Производители могут использовать различные процессы для создания цветных материалов из углеродного волокна. Например, некоторые производители используют цветную смолу для пропитки углеродного волокна, что приводит к окрашиванию углеродного переплетения, которое видно на поверхности материала. Другие производители могут использовать технологию, известную как цветное покрытие, которая подразумевает нанесение цветного покрытия поверх материала из углеродного волокна.

11. Углеродное волокно можно изготовить самостоятельно в домашних условиях

Один из самых простых способов начать работу с углеродным волокном — это изготовление небольших деталей, таких как чехлы для телефонов, брелоки или даже аксессуары для велосипеда. Эти предметы можно изготовить из листов углеродного волокна, которые легко доступны в Интернете и в некоторых магазинах товаров для хобби. Просто вырежьте лист нужной формы, отшлифуйте все грубые края и нанесите прозрачный слой, чтобы придать ему глянцевую отделку.

Другой вариант — использовать ткань из углеродного волокна, которую можно уложить в форму для создания деталей нестандартной формы. Этот метод требует немного больше опыта и оборудования, но он все еще достижим для мотивированного DIY-мастера. Для сжатия ткани и смолы вместе необходима установка вакуумного мешка, а процесс отверждения смолы может занять несколько часов. Хотя работа с углеродным волокном может показаться сложной на первый взгляд, с некоторыми базовыми знаниями и оборудованием можно создавать впечатляющие и полезные предметы дома. Попробуйте и убедитесь сами, какие бесконечные возможности предлагает углеродное волокно!

12. Углерод можно смешивать с металлической проволокой для плетения

Одним из примеров этого является использование углеродного волокна и титановой проволоки для плетения велосипедных рам. Углеродное волокно обеспечивает жесткость и прочность, необходимые для рамы, в то время как титановая проволока добавляет гибкости и долговечности. Этот композитный материал позволяет получить легкую, но прочную раму, которая выдерживает суровые условия езды на велосипеде.

Фактически, сочетание этих двух материалов становится все более популярным в мире текстиля и производства. Поскольку технологии продолжают развиваться, мы можем ожидать увидеть только более захватывающие применения этого композитного материала в будущем.

13. Углеродное волокно также имеет срок годности

Срок годности углеродного волокна зависит от различных факторов, таких как тип используемой смолы, процесс производства и условия хранения. Как правило, углеродное волокно может прослужить много лет, если его правильно хранить и не подвергать воздействию экстремальных температур или влажности. Однако со временем углеродное волокно может потерять свою прочность и жесткость из-за факторов окружающей среды, таких как ультрафиолетовое излучение, химическое воздействие и поглощение влаги.

В то время как Prepreg — это специальный материал с очень ограниченным сроком хранения. Prepreg — это сокращение от «pre-impregnate» (предварительно пропитанный), что означает, что углеродные волокна предварительно пропитываются смолой перед использованием в производстве. Его можно хранить только до 30 дней при комнатной температуре и до года при -18℃. Чтобы гарантировать, что он останется пригодным для использования как можно дольше, лучше всего перевозить его либо морозильным наземным транспортом, либо воздушным транспортом.

14. Высокий модуль не означает высокое качество

Высокомодульное углеродное волокно относится к углеродному волокну, которое имеет высокую жесткость или жесткость, что делает его привлекательным для использования в приложениях, где прочность и легкость являются существенными. Однако важно отметить, что высокомодульное углеродное волокно не обязательно равнозначно высококачественному углеродному волокну.

Чтобы лучше понять это, нужно учесть, что углеродное волокно состоит из отдельных волокон, скрученных вместе, чтобы сформировать пряжу. Качество этих волокон и то, как они перерабатываются в конечный продукт, определяют общее качество углеродного волокна.

Процесс производства углеродного волокна включает в себя сложную серию этапов, которые могут существенно повлиять на его общее качество. К ним относятся выбор высококачественных исходных материалов, контроль условий производства и использование точного режущего оборудования для обеспечения равномерной длины волокна.

15. Холодная среда делает углеродное волокно хрупким

Причина этого в том, что свойства углеродного волокна зависят от температуры. Когда углеродное волокно подвергается воздействию низких температур, оно становится менее гибким и более хрупким. Это происходит потому, что смола, которая удерживает волокна вместе, может стать более жесткой и хрупкой, когда становится холодно. В результате волокна в углеродном волокне могут стать более склонными к растрескиванию и разрыву.

Однако важно отметить, что это не означает, что углеродное волокно непригодно для использования в холодных условиях. Главное — убедиться, что углеродное волокно правильно спроектировано и изготовлено для предполагаемого использования. Например, если углеродное волокно будет использоваться в холодных условиях, может потребоваться использовать другой тип смолы, более устойчивый к низким температурам.

Хотите узнать больше об углеродном волокне?