Полимер, армированный углеродным волокном - Carbon fiber reinforced polymer

«Углеродное волокно» перенаправляется сюда. Для волокон углерода см. Углеродные волокна.

Хвост радиоуправляемый вертолет, из углепластика

Полимер, армированный углеродным волокном (Американский английский ), Полимер, армированный углеродным волокном (Содружество на английском языке ), или же пластик, армированный углеродным волокном, или же термопласт, армированный углеродным волокном (Углепластик, CRP, CFRTP, также известный как углеродное волокно, углеродный композит, или просто углерод), чрезвычайно прочный и легкий армированный волокном пластик который содержит углеродные волокна. Слово «волокно» обычно используется за пределами США. Углепластик может быть дорогим в производстве, но обычно используется везде, где высокая соотношение прочности и веса и жесткость (жесткость), например, аэрокосмическая промышленность, надстройки судов, автомобилестроение, гражданское строительство, спортивное оборудование и растущее количество потребительских и технических приложений.^[1]

Привязка полимер часто бывает термореактивный смола, такая как эпоксидная смола, но другой термореактивный или термопласт полимеры, такие как полиэстер, виниловый эфир, или же нейлон, иногда используются. Свойства конечного продукта из углепластика могут зависеть от типа добавок, вводимых в связующую матрицу (смолу). Самая распространенная добавка - это кремнезем, но другие добавки, такие как резина и углеродные нанотрубки может быть использован.

Углеродное волокно иногда называют полимер, армированный графитом или же графитовый полимер, армированный волокнами (СКФ встречается реже, так как сталкивается со стекловолоконным полимером).

Характеристики

Углепластик композитные материалы. В этом случае композит состоит из двух частей: матрицы и арматуры. В углепластике усиление - углеродное волокно, которое обеспечивает его прочность. Матрица обычно представляет собой полимерную смолу, такую ​​как эпоксидная смола, для связывания арматуры вместе.^[2] Поскольку углепластик состоит из двух различных элементов, свойства материала зависят от этих двух элементов.

Армирование придает углепластику прочность и жесткость, измеряемые стресс и модуль упругости соответственно. В отличие от изотропный Такие материалы, как сталь и алюминий, углепластик обладают направленными прочностными свойствами. Свойства углепластика зависят от структуры углеродного волокна и соотношения углеродных волокон по отношению к полимеру.^[3] Два разных уравнения, определяющих модуль упругости композитных материалов с использованием свойств углеродных волокон и полимерной матрицы, также могут быть применены к пластмассам, армированным углеродным волокном.^[4] Следующее уравнение,

${displaystyle E_{c}=V_{m}E_{m}+V_{f}E_{f}}$

действительно для композиционных материалов с волокнами, ориентированными в направлении приложенной нагрузки. ${displaystyle E_{c}}$ - полный составной модуль, ${displaystyle V_{m}}$ и ${displaystyle V_{f}}$ - объемные доли матрицы и волокна в композите соответственно, и ${displaystyle E_{m}}$ и ${displaystyle E_{f}}$ - модули упругости матрицы и волокон соответственно.^[4] Другой крайний случай модуля упругости композита с волокнами, ориентированными поперек приложенной нагрузки, можно найти с помощью следующего уравнения:^[4]

${displaystyle E_{c}=left({frac {V_{m}}{E_{m}}}+{frac {V_{f}}{E_{f}}}ight)^{-1}}$

Вязкость разрушения пластиков, армированных углеродным волокном, регулируется следующими механизмами: 1) расслоение углеродного волокна и полимерной матрицы, 2) вырывание волокна и 3) расслоение между листами углепластика.^[5] Типичные углепластики на эпоксидной основе практически не обладают пластичностью, с деформацией до разрушения менее 0,5%. Хотя углепластики с эпоксидной смолой обладают высокой прочностью и модулем упругости, механика хрупкого разрушения представляет собой уникальную проблему для инженеров при обнаружении отказов, поскольку отказ происходит катастрофически.^[5] Таким образом, недавние попытки ужесточить углепластики включают модификацию существующего эпоксидного материала и поиск альтернативной полимерной матрицы. Одним из таких многообещающих материалов является PEEK, который демонстрирует на порядок большую ударную вязкость при аналогичном модуле упругости и прочности на разрыв.^[5] Однако переработка PEEK намного сложнее и дороже.^[5]

Несмотря на высокое начальное отношение прочности к массе, конструктивным ограничением углепластика является отсутствие определяемого предел усталости. Это означает, что теоретически нельзя исключать разрушение цикла напряжения. В то время как сталь и многие другие конструкционные металлы и сплавы действительно имеют поддающиеся оценке пределы усталости или выносливости, сложные режимы разрушения композитов означают, что характеристики усталостного разрушения углепластика трудно прогнозировать и учитывать при проектировании. В результате при использовании углепластика для критических приложений с циклической нагрузкой инженерам может потребоваться проектирование с учетом значительного запаса прочности, чтобы обеспечить надлежащую надежность компонентов в течение всего срока их службы.

Воздействие окружающей среды, такое как температура и влажность, может иметь серьезные последствия для композитов на основе полимеров, включая большинство углепластиков. Хотя углепластики демонстрируют превосходную коррозионную стойкость, воздействие влаги в широком диапазоне температур может привести к ухудшению механических свойств углепластика, особенно на границе раздела матрица-волокно.^[6] Хотя сами углеродные волокна не подвержены влиянию влаги, проникающей в материал, она пластифицирует полимерную матрицу.^[5] Это привело к значительным изменениям свойств, на которые в основном влияет матрица в углепластиках, таких как характеристики сжатия, межслойного сдвига и ударных свойств.^[7] Эпоксидная матрица, используемая для лопастей вентилятора двигателя, спроектирована так, чтобы быть непроницаемой для реактивного топлива, смазки и дождевой воды, а внешняя краска на композитных деталях наносится для минимизации повреждений от ультрафиолетового света.^[5][8]

Углеродные волокна могут вызвать гальваническая коррозия когда детали из CRP прикреплены к алюминию.^[9]

Пластмассы, армированные углеродным волокном, очень трудно поддаются обработке и вызывают значительный износ инструмента. Износ инструмента при обработке углепластика зависит от ориентации волокон и условий обработки в процессе резки. Чтобы уменьшить износ инструмента, при обработке углепластика и стека из углепластика используются различные типы инструментов с покрытием.^[1]

Производство

Полимер, армированный углеродным волокном

Основным элементом углепластика является углеродная нить; это производится из прекурсора полимер Такие как полиакрилонитрил (СКОВОРОДА), район, или нефть подача. Для синтетических полимеров, таких как ПАН или вискоза, прекурсор сначала закрученный в филаментные нити, используя химические и механические процессы для первоначального выравнивания полимерных цепей таким образом, чтобы улучшить конечные физические свойства готового углеродного волокна. Состав прекурсора и механические процессы, используемые при прядении элементарной пряжи, могут различаться у разных производителей. После вытяжки или прядения пряжа из полимерных волокон нагревается для удаления неуглеродных атомов (карбонизация ), производя окончательное углеродное волокно. Нити из углеродных волокон могут быть дополнительно обработаны для улучшения эксплуатационных качеств, а затем намотаны на шпульки.^[10] Из этих волокон создается однонаправленный лист. Эти листы накладываются друг на друга в квазиизотропном порядке, например 0 °, + 60 ° или -60 ° относительно друг друга.

Из элементарного волокна можно создать двунаправленный тканый лист, т.е. саржа с переплетением 2/2. Процесс изготовления большинства углепластиков варьируется в зависимости от создаваемой детали, требуемой отделки (внешнего блеска) и того, сколько деталей будет произведено. Кроме того, выбор матрицы может существенно повлиять на свойства готового композита.

Многие детали из углепластика изготавливаются из однослойной углеродной ткани с подкладкой из стекловолокна. Инструмент, называемый измельчителем, используется для быстрого создания этих составных деталей. Как только из углеродного волокна создается тонкая оболочка, измельчитель разрезает рулоны стекловолокна на короткие отрезки и одновременно распыляет смолу, так что стекловолокно и смола смешиваются на месте. Смола представляет собой либо внешнюю смесь, при которой отвердитель и смолу распыляются отдельно, либо внутреннюю смесь, которая требует очистки после каждого использования. Методы производства могут включать следующие:

Литье

Один из методов производства деталей из углепластика заключается в наложении слоев ткани из углеродного волокна на плесень в форме конечного продукта. Выравнивание и переплетение волокон ткани выбирается для оптимизации свойств прочности и жесткости получаемого материала. Затем форма заполняется эпоксидная смола и нагревается или отверждается на воздухе. Полученная деталь очень устойчива к коррозии, жесткая и прочная для своего веса. Детали, используемые в менее критических областях, изготавливаются путем обтягивания тканью формы с эпоксидной смолой, предварительно пропитанной в волокна (также известной как pre-preg ) или "закрасил" его. Высокопроизводительные детали, использующие отдельные формы, часто помещаются в вакуумные мешки и / или автоклав -отвержден, потому что даже небольшие пузырьки воздуха в материале снизят прочность. Альтернативой автоклавному методу является использование внутреннего давления через надувные воздушные баллоны или Пенополистирол внутри неотвержденного сложенного углеродного волокна.

Вакуумная упаковка

Для простых произведений, требующих относительно небольшого количества копий (1-2 в день), вакуумный мешок может быть использован. Формы из стекловолокна, углеродного волокна или алюминия полируются и покрываются воском. разделительный агент наносится перед нанесением ткани и смолы, а вакуум снимается и откладывается, чтобы деталь застыла (затвердела). Смолу можно нанести на ткань в вакуумной форме тремя способами.

Первый метод является ручным и называется мокрым укладыванием, при котором двухкомпонентная смола смешивается и наносится перед укладкой в ​​форму и помещением в пакет. Другой делается путем инфузии, когда сухая ткань и форма помещаются внутрь мешка, в то время как вакуум вытягивает смолу через небольшую трубку в пакет, затем через трубку с отверстиями или что-то подобное, чтобы равномерно распределить смолу по ткани. . Ткацкий станок идеально подходит для трубки, в которой требуются отверстия внутри пакета. Оба эти метода нанесения смолы требуют ручной работы для равномерного распределения смолы для получения глянцевой поверхности с очень маленькими отверстиями.

Третий метод создания композитных материалов известен как сухая укладка. Здесь материал из углеродного волокна уже пропитан смолой (pre-preg) и наносится на форму аналогично клеевой пленке. Затем сборку помещают в вакуум для отверждения. Метод сухой укладки имеет наименьшее количество отходов смолы и позволяет получить более легкие конструкции, чем влажная укладка. Кроме того, поскольку большие количества смолы труднее удалить с помощью методов мокрой укладки, детали pre-preg обычно имеют меньше отверстий. Устранение точечных отверстий с минимальным количеством смолы обычно требует использования автоклав давление для удаления остаточных газов.

Компрессионное формование

Более быстрый метод использует пресс-форма. Это двухкомпонентная форма (охватываемая и охватывающая), обычно сделанная из алюминия или стали, которая спрессована вместе с тканью и смолой между ними. Преимущество - скорость всего процесса. Некоторые производители автомобилей, такие как BMW, утверждали, что могут заменять новую деталь каждые 80 секунд. Однако этот метод имеет очень высокую начальную стоимость, поскольку пресс-формы требуют высокоточной обработки с ЧПУ.

Намотка нити

Для сложных или запутанных форм намотчик нити может использоваться для изготовления деталей из углепластика путем наматывания волокон на оправку или сердечник.

Приложения

Заявки на получение CFRP включают следующее:

Аэрокосмическая техника

Композит Airbus A350 с углеродным волокном ливрея

В Airbus A350 XWB построен из 52% углепластика^[11] включая лонжероны крыла и компоненты фюзеляжа, обгоняя Boeing 787 Dreamliner, для самолета с наибольшей удельной массой по углепластику, которая составляет 50%.^[12] Это был один из первых коммерческих самолетов, в котором лонжероны крыла были изготовлены из композитных материалов. В Airbus A380 был одним из первых коммерческих авиалайнеров, у которых центральный кессон крыла был сделан из углепластика; это первое крыло с плавными очертаниями в поперечном сечении вместо того, чтобы крылья были разделены по размаху на секции. Это плавное непрерывное поперечное сечение оптимизирует аэродинамическую эффективность.^{[нужна цитата ]} Причем задняя кромка вместе с задней переборкой оперение, и негерметичный фюзеляж изготовлены из углепластика.^[13] Однако из-за многих задержек сроки доставки заказов были отложены из-за проблем с производством этих деталей. Многие самолеты, использующие углепластик, столкнулись с задержками в сроках поставки из-за относительно новых процессов, используемых для изготовления компонентов из углепластика, в то время как металлические конструкции изучались и использовались на планерах в течение многих лет, и эти процессы относительно хорошо изучены. Постоянной проблемой является мониторинг структурного старения, для которого постоянно исследуются новые методы из-за необычной многоматериальной и анизотропной природы углепластика.^[14]

В 1968 г. Hyfil карбоновый вентилятор в сборе находился в эксплуатации на Роллс-Ройс Конвейс из Vickers VC10s управляется BOAC.^[15]

Специалисты авиаконструкторов и производителей Масштабированные композиты широко использовали углепластик во всем своем конструктивном диапазоне, включая первый частный пилотируемый космический корабль Космический корабль один. Углепластик широко используется в микро воздушные транспортные средства (MAV) из-за его высокого отношения прочности к весу.

Автомобилестроение

Citroën SM который выиграл 1971 Ралли Марокко с колесами из углеродного волокна

1996 Макларен F1 - первый корпус из углеродного волокна

McLaren MP4 (MP4 / 1), первый автомобиль F1 из углеродного волокна.

Углепластики широко используются в автомобильных гонках высокого класса.^[16] Высокая стоимость углеродного волокна компенсируется непревзойденным соотношением прочности и веса материала, а низкий вес необходим для высокопроизводительных автомобильных гонок. Производители гоночных автомобилей также разработали методы, позволяющие придавать деталям из углеродного волокна прочность в определенном направлении, делая их прочными в направлении нагрузки, но слабыми в тех направлениях, где на элемент будет оказываться небольшая нагрузка или ее отсутствие. И наоборот, производители разработали всенаправленное переплетение углеродного волокна, которое обеспечивает прочность во всех направлениях. Этот тип сборки из углеродного волокна наиболее широко используется в «ячейке безопасности». монокок сборка шасси высокопроизводительных гоночных автомобилей. Первое шасси из углеродного волокна с монококом было представлено в Формула один к Макларен в сезоне 1981 г. Он был разработан Джон Барнард и в последующие сезоны широко копировался другими командами Формулы 1 из-за дополнительной жесткости шасси автомобилей.^[17]

Много суперкары за последние несколько десятилетий компания широко использовала углепластик в производстве своих монококовых шасси, а также других компонентов.^[18] Еще в 1971 г. Citroën SM предлагаются дополнительные легкие колеса из углеродного волокна.^[19][20]

Этот материал с большей готовностью применяют производители небольших объемов, которые использовали его в первую очередь для создания кузовных панелей для некоторых из своих автомобилей высокого класса из-за его повышенной прочности и меньшего веса по сравнению с полимер, армированный стекловолокном они использовали для большинства своих продуктов.

Гражданское строительство

Дальнейшая информация: Структурные приложения FRP

Углепластик стал заметным материалом в Строительная инженерия Приложения. Изученный в академическом контексте с точки зрения его потенциальных преимуществ в строительстве, он также доказал свою рентабельность в ряде областей применения для укрепления бетонных, каменных, стальных, чугунных и деревянных конструкций. Его можно использовать в промышленности либо для модернизации для усиления существующей конструкции, либо в качестве альтернативного армирующего (или предварительно напряженного) материала вместо стали с самого начала проекта.

Дооснащение становится все более доминирующим применением материала в гражданском строительстве, и его применение включает увеличение несущей способности старых конструкций (таких как мосты ), которые были спроектированы так, чтобы выдерживать гораздо более низкие эксплуатационные нагрузки, чем они испытывают сегодня, сейсмическое переоборудование и ремонт поврежденных конструкций. Модернизация популярна во многих случаях, поскольку стоимость замены дефектной конструкции может значительно превышать стоимость укрепления с использованием углепластика.^[21]

Применяемый к железобетонным конструкциям на изгиб, углепластик обычно оказывает большое влияние на прочность (удвоение или более прочности сечения не является редкостью), но только умеренное увеличение жесткости (возможно, на 10%). Это связано с тем, что материал, используемый в этом приложении, обычно очень прочный (например, предельное значение 3000 МПа). предел прочности, более чем в 10 раз мягкая сталь), но не особенно жесткая (обычно от 150 до 250 ГПа, немного меньше, чем у стали). Как следствие, используются только небольшие площади поперечного сечения материала. Небольшие участки материала очень высокой прочности, но средней жесткости значительно увеличивают прочность, но не жесткость.

Углепластик также может применяться для повышения прочности армированного бетона на сдвиг путем обертывания тканями или волокнами вокруг укрепляемой секции. Обертывание секций (например, мостов или колонн зданий) также может повысить пластичность секции, значительно увеличивая сопротивление разрушению при землетрясении. Такая «сейсмическая модернизация» является основным применением в сейсмоопасных районах, поскольку она намного более экономична, чем альтернативные методы.

Если колонна круглая (или почти такая), увеличение осевой нагрузки также достигается путем обертывания. В этом случае ограничение обертки из углепластика увеличивает прочность бетона на сжатие. Однако, несмотря на то, что достигается значительное увеличение предельной нагрузки обрушения, бетон будет трескаться только при слегка увеличенной нагрузке, а это означает, что это приложение используется только изредка. Специализированный сверхвысокомодульный углепластик (с модулем упругости 420 ГПа и более) является одним из немногих практических методов упрочнения чугунных балок. При обычном использовании он приклеивается к растянутому фланцу секции, что увеличивает жесткость секции и снижает нейтральная ось, что значительно снижает максимальное растягивающее напряжение в чугуне.

В Соединенных Штатах предварительно напряженные бетонные цилиндрические трубы (PCCP) составляют подавляющее большинство водопроводных сетей. Из-за их большого диаметра отказы PCCP обычно катастрофичны и затрагивают большие группы населения. Примерно 31 000 км PCCP было проложено в период с 1940 по 2006 гг. Коррозия в виде водородного охрупчивания является причиной постепенного износа проводов предварительного напряжения во многих линиях PCCP. За последнее десятилетие углепластики использовались для внутренней линии PCCP, что привело к созданию полностью структурной системы усиления. Внутри линии PCCP футеровка из углепластика действует как барьер, контролирующий уровень деформации, испытываемой стальным цилиндром в основной трубе. Композитная гильза позволяет стальному цилиндру работать в пределах своего диапазона упругости, что обеспечивает долгосрочную работу трубопровода. Конструкции футеровки из углепластика основаны на совместимости деформации футеровки и основной трубы.^[22]

Углепластик является более дорогим материалом, чем его аналоги в строительной отрасли, полимер, армированный стекловолокном (GFRP) и полимер, армированный арамидным волокном (AFRP), хотя в целом углепластик считается обладающим превосходными свойствами. Продолжается много исследований по использованию углепластика как для модернизации, так и в качестве альтернативы стали в качестве армирующего или предварительно напряженного материала. Стоимость остается проблемой, и вопросы о долговечности остаются. Некоторых беспокоит хрупкая природа углепластика, в отличие от пластичности стали. Хотя проектные нормы были составлены такими учреждениями, как Американский институт бетона, инженерное сообщество все еще сомневается в использовании этих альтернативных материалов. Отчасти это связано с отсутствием стандартизации и запатентованными на рынке сочетаниями волокон и смол.

Микроэлектроды из углеродного волокна

Углеродные волокна используются для производства углеродного волокна. микроэлектроды. В этом приложении обычно одно углеродное волокно диаметром 5–7 мкм запечатано в стеклянном капилляре.^[23] На конце капилляр либо герметизируется эпоксидной смолой и полируется, чтобы получился дисковый микроэлектрод из углеродного волокна, либо волокно нарезается на длину 75–150 мкм, чтобы сделать цилиндрический электрод из углеродного волокна. Микроэлектроды из углеродного волокна используются либо в амперометрия или же циклическая вольтамперометрия с быстрым сканированием для обнаружения биохимических сигналов.

Спортивные товары

Углеродное волокно и Кевлар каноэ (Placid Boatworks Rapidfire на Адирондак Каноэ Классическое )

Углепластик в настоящее время широко используется в спортивном оборудовании, таком как ракетки для сквоша, тенниса и бадминтона. спортивный змей лонжероны, качественные древки для стрел, клюшки, удочки, доски для серфинга, ласты высокого класса и гребля снаряды. Спортсмены с ампутированными конечностями, такие как Джонни Пикок для бега используйте лезвия из углеродного волокна. Он используется в качестве хвостовика в некоторых баскетбол кроссовки, чтобы стопа оставалась устойчивой, как правило, по всей длине обуви чуть выше подошвы и в некоторых местах, обычно в арке.

Вызывает споры, что в 2006 году крикетные биты с тонким слоем углеродного волокна на спине были представлены и использовались в соревновательных матчах известными игроками, включая Рики Понтинг и Майкл Хасси. Утверждалось, что углеродное волокно просто увеличивает долговечность летучих мышей, но оно было запрещено во всех первоклассных матчах. ICC в 2007.^[24]

Углепластик велосипедная рама весит меньше одного из стали, алюминий, или же титан с такой же силой. Тип и ориентация переплетения углеродного волокна могут быть разработаны таким образом, чтобы обеспечить максимальную жесткость в необходимых направлениях. Рамы могут быть настроены для различных стилей катания: для спринтерских гонок требуются более жесткие рамы, в то время как для соревнований на выносливость могут потребоваться более гибкие рамы для комфорта гонщика в течение более длительных периодов времени.^[25] Разнообразие форм, в которые она может быть встроена, еще больше увеличивает жесткость, а также позволяет аэродинамический секции труб. Углепластик вилки включая коронки вилки подвески и рулевые колонки, руль, подседельные штыри, и шатуны становятся все более распространенными на велосипедах средней и высокой ценовой категории. Углепластик диски остаются дорогими, но их стабильность по сравнению с алюминием снижает потребность в ремонте колеса, а уменьшенная масса снижает момент инерции колеса. Спицы из углепластика встречаются редко, и в большинстве углеродных колесных пар используются традиционные спицы из нержавеющей стали. Углепластик также все чаще встречается в других компонентах, таких как детали переключателя, рычаги и корпуса тормозов и переключателей, держатели звездочек кассеты, рычаги подвески, роторы дисковых тормозов, педали, подошвы обуви и рельсы седел. Несмотря на то, что они сильные и легкие, удары, чрезмерное затягивание или неправильная установка компонентов из углепластика привели к растрескиванию и отказам, которые может быть трудно или невозможно отремонтировать.^[26][27]

Другие приложения

Огнестойкость полимеров и термоотверждаемых композитов значительно улучшается, если тонкий слой углеродных волокон формуют рядом с поверхностью, поскольку плотный, компактный слой углеродных волокон эффективно отражает тепло.^[28]

Углепластик используется во все большем количестве высококачественных продуктов, требующих жесткости и малого веса, в том числе:

• Музыкальные инструменты, в том числе скрипичные смычки; медиаторы, грифы (стержни из углеродного волокна) и медиаторы; барабанные снаряды; волынщики; и целые музыкальные инструменты, такие как Луис и Кларк виолончели, альты и скрипки из углеродного волокна; и Гитары Blackbird 'акустические гитары и укулеле; также аудиокомпоненты, такие как проигрыватели винила и громкоговорители.
• В огнестрельном оружии он используется для замены определенных металлических, деревянных и стекловолоконных компонентов, но многие внутренние части по-прежнему ограничены металлическими сплавами, поскольку современные армированные пластмассы не подходят.
• Высокоэффективные корпуса дронов и другие радиоуправляемые компоненты транспортных средств и самолетов, такие как лопасти винта вертолетов.
• Легкие палки, такие как: ножки штатива, палки для палаток, удочки, бильярдные кии, трости для ходьбы и палки с большим вылетом, например для мытья окон.
• Стоматология, столбы из углеродного волокна используются при восстановлении зубов после лечения корневых каналов.
• Рельсовый поезд тележки для обслуживания пассажиров. Это снижает вес до 50% по сравнению с металлическими тележками, что способствует экономии энергии.^[29]
• Корпуса для ноутбуков и другие высокопроизводительные чехлы.
• Карбоновые ткани.^[30][31]
• Стрельба из лука, стрелы и болты из углеродного волокна, приклад и рельс.
• В качестве нити для 3D-моделирования методом наплавленного осаждения используется пластик, армированный углеродным волокном (полиамид-углеродная нить), для производства прочных, но легких инструментов и деталей из-за его высокой прочности и длины разрыва.^[32]
• Реконструкция труб централизованного теплоснабжения методом CIPP.

Утилизация и переработка

Углепластики имеют долгий срок службы при защите от солнца. Когда пришло время вывести углепластик из эксплуатации, его нельзя расплавить на воздухе, как многие металлы. Без винила (ПВХ или поливинил хлорид ) и другие галогенированные полимеры, углепластики могут термически разлагаться термическая деполимеризация в бескислородной среде. Это может быть выполнено на нефтеперерабатывающем заводе в одностадийном процессе. Тогда возможно улавливание и повторное использование углерода и мономеров. Углепластик также можно измельчить или измельчить при низкой температуре, чтобы восстановить углеродное волокно; однако этот процесс резко укорачивает волокна. Так же, как с переработанный бумаги, укороченные волокна делают вторичный материал более слабым, чем исходный материал. По-прежнему существует множество промышленных применений, для которых не требуется прочность армирования углеродным волокном по всей длине. Например, измельченное вторичное углеродное волокно может использоваться в бытовой электронике, такой как ноутбуки. Он обеспечивает отличное усиление используемых полимеров, даже если ему не хватает отношения прочности к весу, как у аэрокосмического компонента.

Полимер, армированный углеродными нанотрубками (CNRP)

В 2009, Zyvex Technologies представила эпоксидную смолу, армированную углеродными нанотрубками, и углерод pre-pregs.^[33] Углеродная нанотрубка армированный полимер (CNRP) в несколько раз прочнее и жестче, чем CFRP ^[34] и используется в Lockheed Martin F-35 Lightning II как конструкционный материал для самолетов.^[35] CNRP по-прежнему использует углеродное волокно в качестве основного армирования,^[36] но связующая матрица представляет собой эпоксидную смолу с углеродными нанотрубками.^[37]

Смотрите также

• Углеродные волокна - Волокна материала диаметром около 5–10 мкм, состоящие из углерода.
• Композитный ремонт
• Механика бегущих лезвий Оскара Писториуса - Лезвия, которыми пользовался южноафриканский паралимпийский бегун Оскар Писториус
• Армированный углерод-углерод

Рекомендации

1. Нгуен, Динь; Абдулла, Мохаммад Сайем Бин; Хаваризми, Райан; Ким, Дэйв; Квон, Патрик (2020). «Влияние ориентации волокон на износ инструмента при обрезке кромок из пластиков, армированных углеродным волокном (CFRP)». Носить. Эльзевир Б.В. 450–451: 203213. Дои:10.1016 / j.wear.2020.203213. ISSN  0043-1648.
2. Копелиович, Дмитрий. «Полимерные композиты, армированные углеродным волокном». В архиве из оригинала 14 мая 2012 г.. substech.com
3. Corum, J.M .; Battiste, R.L .; Лю, К. С; Рагглз, М. Б. (февраль 2000 г.). "Основные свойства эталонного композита из перекрестно-углеродного волокна, ORNL / TM-2000/29, Pub57518" (PDF). Национальная лаборатория Ок-Ридж. В архиве (PDF) из оригинала от 27 декабря 2016 г.
4. Кортни, Томас (2000). Механическое поведение материалов. Соединенные Штаты Америки: Waveland Press, Inc., стр. 247–249. ISBN  1-57766-425-6.
5. Чавла, Кришан (2013). Композитные материалы. Соединенные Штаты Америки: Спрингер. ISBN  978-0-387-74364-6.
6. Рэй, Б.С. (1 июня 2006 г.). «Температурное воздействие при влажном старении на поверхности раздела эпоксидных композитов, армированных стекловолокном и углеродным волокном». Журнал коллоидной и интерфейсной науки. 298 (1): 111–117. Bibcode:2006JCIS..298..111R. Дои:10.1016 / j.jcis.2005.12.023. PMID  16386268.
7. Альмудаихеш, Файзел; Холфорд, Карен; Пуллин, Рис; Итон, Марк (1 февраля 2020 г.). «Влияние водопоглощения на однонаправленные и двумерные тканые композиты из углепластика и их механические характеристики». Композиты Часть B: Инженерия. 182: 107626. Дои:10.1016 / j.compositesb.2019.107626. ISSN  1359-8368.
8. Гусман, Энрике; Кунони, Джоэль; Гмюр, Томас (май 2014 г.). «Многофакторные модели композита углеродное волокно / эпоксидная смола, подверженного ускоренному старению в окружающей среде». Композитные конструкции. 111: 179–192. Дои:10.1016 / j.compstruct.2013.12.028.
9. Скотт, Олвин (25 июля 2015 г.). «Boeing смотрит на дорогой титан, чтобы предотвратить 787 убытков». www.stltoday.com. Рейтер. В архиве из оригинала 17 ноября 2017 г.. Получено 25 июля 2015.
10. "Как это сделано". Золтек. В архиве из оригинала 19 марта 2015 г.. Получено 26 марта 2015.
11. «Лидерство: презентация A350XWB» (PDF). EADS. Декабрь 2006. Архивировано 27 марта 2009 года.
12. «AERO - Boeing 787 с нуля». Боинг. 2006 г. В архиве из оригинала 21 февраля 2015 г.. Получено 7 февраля 2015.
13. Пора, Жером (2001). «Композитные материалы в Airbus A380 - из истории в будущее» (PDF). Airbus. В архиве (PDF) из оригинала от 6 февраля 2015 г.. Получено 7 февраля 2015.
14. Гусман, Энрике; Гмюр, Томас (реж.) (2014). «Новый метод мониторинга состояния конструкций для полномасштабных конструкций из углепластика» (PDF). EPFL Кандидатская диссертация. Дои:10.5075 / epfl-thesis-6422. В архиве (PDF) из оригинала 25 июня 2016 г.
15. «Двигатели». Международный рейс. 26 сентября 1968 г. В архиве из оригинала 14 августа 2014 года.
16. «Red Bull: как создать серию автомобилей F1, объясняет использование углеродного волокна: видео». мотоавторство. В архиве из оригинала 29 сентября 2013 г.. Получено 11 октября 2013.
17. Генри, Алан (1999). McLaren: гоночная команда Формулы-1. Хейнс. ISBN  1-85960-425-0.
18. Ховард, Билл (30 июля 2013 г.). «BMW i3: дешевые серийные автомобили из углеродного волокна, наконец, достигли совершеннолетия». Экстремальные технологии. В архиве из оригинала 31 июля 2015 г.. Получено 31 июля 2015.
19. Петрань, Мате (17 марта 2014 г.). «Michelin изготавливал диски из углеродного волокна для Citroën еще в 1971 году». Ялопник. В архиве из оригинала 18 мая 2015 г.. Получено 31 июля 2015.
20. Л: aChance, Дэвид (апрель 2007 г.). «Изобретая колесо заново. Предоставьте компании Citroën возможность вывести на рынок первые в мире колеса из пластмассы». Hemmings. В архиве из оригинала 6 сентября 2015 г.. Получено 14 октября 2015.
21. Исмаил, Н. «Укрепление мостов с использованием композитов из углепластика». najif.net.
22. Рахман, С. (ноябрь 2008 г.). «Не перенапрягайте из-за разрушения предварительно напряженных бетонных труб цилиндров». Журнал Opflow. 34 (11): 10–15. Дои:10.1002 / j.1551-8701.2008.tb02004.x. В архиве из оригинала от 2 апреля 2015 г.
23. Пайк, Кэролайн М .; Grabner, Chad P .; Харкинс, Эми Б. (4 мая 2009 г.). «Изготовление амперометрических электродов». Журнал визуализированных экспериментов (27). Дои:10.3791/1040. ЧВК  2762914. PMID  19415069.
24. «ICC и Kookaburra соглашаются отказаться от Carbon Bat». NetComposites. 19 февраля 2006 г.. Получено 1 октября 2018.
25. «Углеродные технологии». Посмотрите цикл. В архиве с оригинала 30 ноября 2016 г.. Получено 30 ноября 2016.
26. «Опасности прогресса». Журнал о велосипедах. 16 января 2012. Архивировано с оригинал 23 января 2013 г.. Получено 16 февраля 2013.
27. "Разорванный углерод". В архиве с оригинала 30 ноября 2016 г.. Получено 30 ноября 2016.
28. Zhao, Z .; Гоу, Дж. (2009). «Повышенная огнестойкость термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами». Sci. Technol. Adv. Матер. 10 (1): 015005. Bibcode:2009STAdM..10a5005Z. Дои:10.1088/1468-6996/10/1/015005. ЧВК  5109595. PMID  27877268.
29. «Испытания тележек из армированного углеродным волокном». Железнодорожный вестник. 7 августа 2016. В архиве из оригинала от 8 августа 2016 г.. Получено 9 августа 2016.
30. Ломов, Степан В .; Горбатых, Лариса; Котаняц, Желько; Койсин, Виталий; Уль, Матье; Роше, Оливье; Карахан, Мехмет; Меццо, Лука; Верпоест, Игнаас (февраль 2011 г.). «Сжимаемость углеродных тканых материалов с углеродными нанотрубками / нановолокнами, выращенными на волокнах». Композиты Наука и Технология. 71 (3): 315–325. Дои:10.1016 / j.compscitech.2010.11.024.
31. Ханс, Крайс (2 июля 2014 г.). «Карбоновые ткани». compositesplaza.com. Архивировано из оригинал 2 июля 2018 г.. Получено 2 января 2018.
32. "Полиамидная нить CF - 3D Druck mit EVO-tech 3D Druckern" [Полиамидная нить CF - 3D-печать на 3D-принтерах EVO-tech] (на немецком языке). Австрия: EVO-tech. Получено 4 июн 2019.
33. «Zyvex Performance Materials запускает линейку наноразмерных клеев, повышающих прочность и снижающих затраты» (PDF) (Пресс-релиз). Материалы Zyvex Performance. 9 октября 2009 г. Архивировано с оригинал (PDF) 16 октября 2012 г.. Получено 26 марта 2015.
34. Томас, Дэниел Дж. (1 сентября 2020 г.). «Разработка гибридных углеродных нанотрубок и нанокомпозитных смол, усиленных графеном, для космической системы запуска». Международный журнал передовых производственных технологий. 110 (7): 2249–2255. Дои:10.1007 / s00170-020-06038-7. ISSN  1433-3015.
35. Тримбл, Стивен (26 мая 2011 г.). «Lockheed Martin показывает, что в F-35 используются нанокомпозитные структуры». Международный рейс. В архиве с оригинала 30 мая 2011 г.. Получено 26 марта 2015.
36. Pozegic, T. R .; Jayawardena, K. D. G. I .; Chen, J-S .; Anguita, J. V .; Ballocchi, P .; Столожан, В .; Silva, S.R.P .; Хамертон, И. (1 ноября 2016 г.). «Разработка безразмерных многофункциональных нанокомпозитов из углеродного волокна». Композиты Часть A: Прикладная наука и производство. 90: 306–319. Дои:10.1016 / j.compositesa.2016.07.012. ISSN  1359-835X.
37. "Препрег из углеродного волокна на основе нанотрубок AROVEX ™ на основе эпоксидной смолы - Паспорт безопасности материала" (PDF). Материалы Zyvex Performance. 8 апреля 2009 г. Архивировано с оригинал (PDF) 16 октября 2012 г.. Получено 26 марта 2015.

внешняя ссылка

• Японская ассоциация производителей углеродного волокна (английский)
• Инженеры разработали композитную систему крепления для раненого Хоки, бегущего назад Седрика Хьюмса
• Новая сталь 1968 год Полет статья об анонсе карбона
• Углеродные волокна - первые пять лет 1971 год Полет статья о углеродном волокне в авиационной сфере