Изменения характеристик углеродного волокна при высоких температурах

Углеродное волокно широко используется во многих областях благодаря своей высокой прочности, низкой плотности и хорошей химической стойкости. Однако, когда углеродное волокно подвергается воздействию высоких температур, его характеристики могут измениться. Ниже приводится подробное обсуждение изменений характеристик углеродного волокна при высоких температурах.

Высокая термостойкость

Углеродное волокно само по себе обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам. Согласно теории, углеродное волокно может выдерживать высокие температуры до 2600 градусов. Однако углеродное волокно обычно не используется отдельно, а смешивается с такими материалами, как смола, для изготовления готовой продукции. На устойчивость таких композиционных материалов к высоким температурам влияет тип используемой смолы.

Композиты на основе эпоксидной смолы

Эпоксидная смола является одной из наиболее часто используемых смол в композитах из углеродного волокна. Однако эпоксидная смола имеет относительно низкую устойчивость к высоким температурам и обычно окисляется и разлагается при температуре 180–200 градусов. Таким образом, термостойкость композитов из углеродного волокна на основе эпоксидной смолы обычно составляет от 100 до 150 градусов.

Композиты из термопластичных смол

По сравнению с эпоксидной смолой термопластичные смолы (такие как полифениленсульфид и полиэфирэфиркетон) обладают лучшей устойчивостью к высоким температурам. Композиты из углеродного волокна, изготовленные из этих смол, выдерживают температуру 200-250 градусов.

Композиты на керамической основе

Из всех типов композитов из углеродного волокна композиты на керамической основе обладают наибольшей устойчивостью к высоким температурам. Эти материалы могут оставаться стабильными при температуре до 1500 градусов и подходят для применения в экстремальных условиях, например, в компонентах самолетов или ракетных двигателей.

Изменения производительности

Когда композиты из углеродного волокна подвергаются воздействию высоких температур, их свойства могут измениться следующим образом:

- Снижение прочности: высокие температуры могут привести к размягчению или разложению смоляной матрицы, что может снизить общую прочность композита.

- Снижение модуля: модуль относится к жесткости материала, а высокие температуры могут снизить жесткость композита.

- Хрупкость: при повышении температуры композит может стать более хрупким и более склонным к разрушению.

Области применения

Хотя композиты из углеродного волокна имеют пониженные характеристики при высоких температурах, они по-прежнему широко используются во многих областях:

- Спортивное оборудование: такое как удочки из углеродного волокна, теннисные ракетки, клюшки для гольфа и т. д., их легкий вес позволяет снизить нагрузку на спортсменов.

- Аэрокосмическая отрасль: используется при производстве ракет, спутников, космических телескопов и т. д. для снижения веса и улучшения характеристик.

- Железнодорожный транспорт: используется для изготовления кузовов поездов, снижения веса и улучшения характеристик движения на высоких скоростях.

- Медицинские устройства: такие как медицинские кровати, радиоактивные медицинские панели, подголовники и т. д., используют свои легкие и высокопрочные характеристики для улучшения несущей способности и снижения рентгеновских доз.

- Производство автомобилей: используется для изготовления таких деталей, как кузов, приводной вал, аккумуляторный ящик и салон, для снижения веса автомобиля, повышения долговечности и энергоэффективности.

Заключение

Изменения характеристик углеродного волокна при высоких температурах в основном зависят от типа используемой смолы. Хотя углеродное волокно само по себе обладает превосходной устойчивостью к высоким температурам, стойкость композитных материалов к высоким температурам ограничивается смолой. Понимание этих изменений характеристик имеет решающее значение для выбора подходящих композитных материалов из углеродного волокна для конкретных применений.