Углеродные волокна

волокна, состоящие в основном из углерода. У. В. Обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температура обработки может составлять менее 900 °С (такие У. В. Содержат 85—90% углерода), 900—1500 °С (95—99%) или 1500—3000 °С (более 99%). Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения У. В. Могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков. У. В. Могут иметь разнообразную текстильную форму, определяемую чаще всего формой исходного сырья (непрерывные или штапельные нити, жгуты, ленты, войлок, ткани и др.).

Возможна также переработка У. В. В тканые и нетканые материалы с использованием обычного текстильного оборудования. У. В. Имеют исключительно высокую теплостойкость. При тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С в отсутствии кислорода механические показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения У. В. В качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе У. В. Изготавливают армированные пластики, которые отличаются высокой абляционной стойкостью (см. Углеродопласты). У. В. Устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300—350 °С. Нанесение на У.

В. Тонкого слоя карбидов, в частности SiC, или нитрида бора позволяет в значительной мере устранить этот недостаток. Благодаря высокой химической стойкости У. В. Применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др. Изменяя условия термообработки, можно получить У. В. С различными электрофизическими свойствами (удельное объёмное электрическое сопротивление от 2․10-3 до 106 ом ․см) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др. Активацией У. В. Получают материалы с большой активной поверхностью (300—1000 м2/г), являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.

Обычно У. В. Имеют прочность порядка 0,5—1 Гн/м2 (50—100 кгс/мм2) и модуль 20—70 Гн/м2 (2000—7000 кгс/мм2), а подвергнутые ориентационной вытяжке — прочность 2,5—3,5 Гн/м2 (250—350 кгс/мм2) и модуль 200—450 Гн/м2 (20․103—45․103 кгс/мм2). Благодаря низкой плотности (1,7—1,9 г/м3) по удельному значению (отношение прочности и модуля к плотности) механических свойств У. В. Превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. На основе высокопрочных и высокомодульных У. В. С использованием полимерных связующих получают конструкционные углеродопласты. Разработаны композиционные материалы на основе У. В. И керамических связующих, У. В. И углеродной матрицы, а также У. В. И металлов, способные выдерживать более жёсткие температурные воздействия, чем обычные пластики.

Лит. Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, М., 1974. А. А. Конкин.