Физические свойства углеродных волокон

Обозначения: ρ – плотность; Т_субл –температура cублемации; S_уд. –удельная поверхносгь; Г - гигроскопичность; С_р- удельная теплоемкость; а - ко­эффициент термического расширения; λ - теплопроводность; ρ_э - оми­ческое сопротивление; tg а - тангенс угла диэлектрических потерь.

Угольные волокна имеют более низкую поверхностную энергию, чем стеклянные и органические, поэтому хуже смачиваются поли­мерными связующими, а полимерные композиционные материалы на их основе характеризуются пониженным напряжением сдвига. 5*

Величину адгезии матрицы и УВ повышают путем удаления замас- ливателя после текстильной переработки, аппретированием, нане­сением мономеров, травлением поверхности окислителями.

По характеристикам тепло- и электропроводности графитиро- ванные волокна приближаются к металлам, карбонизованные во­локна относятся к полупроводникам (табл. 20).

Угольное волокно, как и компактные углеродные материалы, об­ладает исключительно высокой теплостойкостью и термостойкостью, но низкой стойкостью к окислению. С целью защиты от окисления на волокна наносят карбиды, оксиды, нитриды и пироуглерод (ОКГ5). В теплонапряженных узлах ракетной техники используются углеродные волокна, в основном, с покрытием из пироуглерода.

ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. По химическим свойствам У В близки к объемным углеродным материалам. При повышенных тем­пературах (около 620 К) они подвержены воздействию азотной и серной кислот, а также К₂Сг₂О₇ и воды. При этом волокна, получен­ные из ГЦ-В, химически более стойки, чем волокна из ПАН-В, об­работанные при одинаковых температурах.

ПЕРЕРАБОТКА. Схема переработки, как указывалось выше, состоит в предварительном изготовлении вискозных форм с после­дующей их карбонизацией и графитацией. Иногда, при необходи­мости, удобно получать углеродные нити из готовых целлюлозных тканых материалов, например трикотажных полотен, прошедших термообработку, путем их роспуска. Так получают нить для после­дующего плетения углеродно-металлических лент или сеток, необ­ходимых для создания углеметаллопластиков.

Кроме способа получения углеродно-металлических гибридных тканей, лент, сеток, жгутов разработаны многие другие - для производ­ства таких материалов на основе углеродных, органических, стеклян­ных и металлических нитей и волокон в различных сочетаниях. Напри­мер, волокна типа Кевлар (арамидное органическое волокно с высокой прочностью, но с более низким модулем упругости, чем УВ) сочетают­ся с углеродными волокнами в каком-нибудь материале для намотки (лента, жгут) или наносятся полностью по определенной программе.

На основе углеродных и комбинированных волокон, лент созданы, например, корпуса твердотопливных ракет США «Трайдент-1», «Трай- дент-2», сопловые блоки РДТТ, обтекатели ракет-носителей и т. п.

При изготовлении полимерных композиционных материалов и изделий из углеродных волокон применяются примерно те же технологические процессы, что и при переработке стеклянных и орга­нических волокон.

Как видно из табл. 21, в приведенных полимерных пластиках далеко не полностью использованы прочностные характеристики моноволокон, но удельная прочность ПКМ все же значительно выше, чем стали и алюминия.

Таблица 21