Физические свойства углеродных волокон

ρ, кг/м3	Sуд., м2/г	Г %	Ср, кДЖ/(кг·К)	ɑ·10-5, К-1	λ, ВТ/(м·К)	ρэ·10-5 Ом·м	tg ɑ при 1010Гц
Графитированное волокно (Тсубл.=3873 К)
13…4,9	0,15…3,0	1,0	0,66	2	83…125	0,003…0,6	0,25…0,33
Карбонизованное волокно
1,3…1,65	0,3…1000	0,1…10	0,66	4	0,8…21,0	0,4…70	0,17…0,42

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.

Сталь			ЭП-679	180	20	7,85	24,2	2540
Волокна	Высокомодульные	Борные	БИ	350	42	2,6	135	16500
		Углеродные	ВМН-5	300	30	1,8	165	16500
		Органические	СВМ	300…360	12	1,45	200…250	8300
	Высокопрочные
		Стеклянные	ВМП	450…500	10	2,58	174…194	3900
			ВМ-1	370	10	2,58	143	3900
Материалы				Прочность при растяжении, σв, кгс/мм2	Модуль упругости, Ер·10-3, кгс/мм2	Плотность, ρ, г/см3	Плотность, ρ, г/см3	Плотность, ρ, г/см3

Таблица 21