Интерес к углеродным волокнам (УВ) обусловлен двумя обстоятельствами. С теоретической точки зрения он разъясняется тем, что УВ являются крайними в последовательности волокон из органических полимеров с разной жесткостью главной цепи и владеют по данной причине комплектом только увлекательных химических и физических особенностей. Практический интерес связан с возможностями реализации этих особенностей, каковые снабжают разнообразные и неизменно расширяющиеся области применения УВ.
Метод получения углеродных волокон был посоветован в первой половине 70-ых годов XIX века Сваном и Эдисоном: нагревая органические волокна в определенных условиях, не разрушая их, они перевоплотили их в углеродные.
Данный же принцип был использован в конце пятидесятых годов, в то время, когда независимо друг от друга , в СССР, США, Японии и др. государствах развернулись изучения, начавшие создание промьшшенности углеродных волокнистых материалов. За прошедшие годы в качестве исходного сырья для этих целей были испробованы фактически все промышленные, и последовательность намерено взятых волокон. Но большая часть из них не удовлетворяло нужным требованиям чтобы получить УВЫ.
В 50-егоды прошлого столетия в связи с развитием высокотемпературной техники, нужной для освоения космоса и сверхзвуковой авиации, углеродные волокна претерпели собственный второе рождение. В этом случае, благодаря технологии и достижениям химии, им удалось придать такие физико-механические особенности, благодаря которым они не только не уступают металлам, но кроме того и превосходят их.
Волокна, предназначенные для переработки в УВ, должны удовлетворять последовательности параметров:
— исходные волокна должны сберигаться как единое целое на всех стадиях получения УВ;
— они не должны плавиться ни на одной стадии производства;
— в ходе пиролиза не должно происходить через чур громадного выделения летучих веществ, дабы выход углеродного волокна был экономически оправдан;
— атомы углерода в ходе пиролиза должны иметь тенденцию к образованию графитовых плоскостей;
— максимально низкая цена.
Углеродные волокна смогут быть взяты двумя принципиально разными методами:
— методом термообработки органических материалов;
— осаждением углерода из газовой фазы на поверхность исходного материала.
Способ термообработки исходных органических волокон был предпочтительнее в индустрии, чем способ химического осаждения пиролитического графита. Разработка термообработки не так чувствительна к таким параметрам, как природа и давление инертного газа. Этим методом возможно приобретать большой ассортимент УВ, владеющих достаточной гибкостью.
Во втором случае полученные волокна имеют ограниченную длину и относительно узкие облает применения.
Механизм образования УВ из исходных химических волокон до сих пор не хватает изучен. Данный процесс, базирующейся на высокотемпературной обработке волокон, складывается из следующих главных стадий (в порядке увеличения температуры):
О предварительной обработки исходного волокна, информирующей ему неплавкость, в целях сохранения формы последнего при предстоящем пиролизе;
2) регулируемой термической деструкции, сочетающейся со сотрудничеством обрывков ненасыщенных цепей, приводящим к образованию циклов;
3) конденсации и ароматизации циклов их между собой с образованием многоядерных совокупностей, а в последующем — графитоподобных сетчатых плоскостей;
4) упорядочения сетчатых плоскостей относительно друг друга с образованием кристаллитов углерода турбостратной структуры при сохранении большого количества межплоскостных химических связей.
На данный момент чтобы получить УВЫ в качестве сырья по большей части применяют гидратцеллюлозные (ГЦ) и полиакрилонитрильные (ПАН) волокна, и нефтяной и каменноугольный пеки. Сейчас за границей интерес к гидратцеллюлозным волокнам как сырью для УВ понизился. Выпуск УВ на их базе на данный момент образовывает примерно 10% от всего количества производимых УВ. В Российской Федерации УВ на их базе выпускается достаточно большое количество, это, по-видимому, позвано тем, что происходит постоянное возобновление главного источника сырья — древесины.
Углеродные волокна на базе ГЦ — волокон снабжают создание углекомпозитов с высокими жаростойкими чертями; разрешают приобретать материалы с только развитой адсорбционно-активной поверхностью; владеют лучшим сродством к живому организму, что очень принципиально важно в медицине; отличаются хорошей текстильной переработкой в разные текстильные формы и структуры армирования теплозащитных материалов; владеют высокой степенью удлинения, мягким грифом и низкой хрупкостью.
Из ПАН — волокон приобретают высокопрочные и высокомодульные УВ конструкционного назначения. Они по большей части употребляются как армирующий наполнитель для полимерных композиционных материалов ( ПКМ).
Углеродное волокно
