Analysis and prospects of application of products from materials based on Carbon fiber

Abstract: Carbon fiber materials were initially developed for the needs of the space industry, but over time they have become more affordable. This article examines the prospects for the use of carbon fiber materials in day-to-day life and their properties, which can become a competitive advantage of goods.

Key words: carbon, carbon fiber, fabric, consumer goods.

 

Развивающиеся технологии и научно-технический прогресс в последние десятилетия обеспечил нас многочисленными разработками, находящими применение в разнообразных сферах жизни. Одной из таких разработок является ткань, созданная на основе углеродных волокон. Этот материал давно известен в авиационной, космической и автомобильной промышленности, но с каждым годом сфера его применения только расширяется. Увеличение числа производителей, оптимизация производств приводят к снижению цены на неё, а, следовательно, дают возможности применять углеродную ткань в новых изделиях; необычные свойства и внешний вид, в свою очередь, придают конкурентное преимущества изделиям на рынке. 

Углеродные волокна (углеволокно или сокращенно УВ) —органический материал, сотканный из нитей нано-размера и содержащий от 92% углерода. Его особыми свойствами являются высокие прочность и значение модуля упругости. Это тончайший (тоньше человеческого волоса) слой углерода, нити которого скручиваются вместе, как пряжа, из которой впоследствии плетется ткань. Газо-жидкостные пропитки и другие вещества, добавляемые во время создания углеродного волокна, придают особые свойства. Конкретные формулы, составы и пропорции этих дополнительных компонентов рассматриваются производителями как коммерческая тайна. [2]

Производства углеродных волокон представляет собой превращения в высокой температуре без доступа кислорода из полимерных волокон. Чаще всего полимерные волокна представлены полиакрилонитрилом (ПАН), остатками перегона смолы или дегтя (пеки), или гидратцеллюлозой. Природа этого полимерного волокна, иначе называемое прекурсором и технология изготовления задают свойства получаемого волокна. Таким образом создается как углеродное волокно с повышенной прочностью, удлинением и модулем упругости, так и общего назначения. [1]

Самыми перспективными для широкого потребления и освоения в долгосрочной перспективе являются углеволокна, полученные на основе полиакрилонитрильного (ПАН) волокна; вискозного волокна; пекового волокна, и, в меньшей степени волокно из газовой фазы. [3]

       Наиболее популярными стали углеволокна на основе ПАН-волокон.

Традиционными сферами применения материалов на основе УВ являются авиационная и космическая промышленности, строительство, здравоохранение. Но в последнее время данный материал стал применятся в товарах народного потребления: спортинвентарь (велосипедные рамы, хоккейные клюшки, теннисные ракетки, лыжи, рыболовные удочки и т.д.), галантерейные изделия (чехлы).

Самое необычное применение углеродные волокна находят в дизайне. Углеродная ткань может быть однонаправленной и двунаправленной, в зависимости от ориентации волокон в ней. Хотя выбор той или иной ткани обычно зависит от сферы её промышленного применения (куда будет действовать нагрузка – в одну или в обе стороны), двунаправленная ткань так же, может быть, изготовлена с учетом эстетических пожеланий. Такое свойство используется не только при обивке салона автомобиля. Splinter Works, британская компания, в 2014 году вышла на рынок со своей моделью The Hammock Bath, которая несет не только оригинальную форму, но необычный материал (материал на основе УВ под слоем прозрачного твердого материала).

Свойства углеродного волокна позволяют использовать его в материалах, предназначенных для экранирования электромагнитного излучения. Чаще всего их применяют в составе на производствах. Специально структурированным углеродосодержащим тканям и изделиям из них так же приписывают положительное влияние на здоровье человека в результате взаимодействия электромагнитных волн человека и окружающей среды. На российском рынке представлена компания, заявляющая, что их товар способен оградить человека от излишнего электромагнитного излучения и устранить негативные последствия данного излучения. В их ассортименте представлены такие позиции, как «биополярная» ткань, головные уборы, одежда. Производство одежды из углеродной ткани, помимо приписываемых экранирующих свойств, может соответствовать течениям рынка и стать модной тенденцией, при правильном маркетинговом подходе.

Другим применением экранирующих свойств является чехлы или бумажники, состоящие из внешнего слоя углеродной ткани и технологического слоя с металлизированной тканью, обеспечивающей защиту от электромагнитных излучений или RIFD защиту.

Применение таких материалов целесообразно не только потому, что вызывают чувство новизны у потребителя, но и из-за их уникальных свойств: надежности, устойчивости к внешним воздействиям, долговечности. Ткань на основе углеволокна не царапается, не ломается, обладает влагостойкостью - что является немаловажным для такой категории товаров.

Таким образом, дальнейшее развитие рынка, исследование свойств материалов на основе углеволокон и применение их в проектировании новых товарах позволят разнообразить рынок и улучшить качество товара. 

 

Список литературы

1.Hubert Jaeger Industrial Carbon and Graphite Materials: Raw Materials, Production and Applications. - Hoboken: John Wiley & Sons, Inc., 2020. - 1016 с.

2.Recent Developments in the Field of Carbon Fibers // IntechOpen URL: https://www.intechopen.com/books/recent-developments-in-the-field-of-carbon-fibers (дата обращения: 10.01.2021).  

3.Дорожная карта «Использование нанотехнологий в производстве углеродных волокон и продуктов на их основе» // Группа РОСНАНО URL: https://www.rusnano.com/upload/OldNews/Files/33652/current.pdf (дата обращения: 22.01.2021).    

 

Тимофеев В. Е.

Научный руководитель Ковалева Е. Н.

(Смоленский филиал РЭУ им. Г. В. Плеханова)