Углеродопласты (карбопласты, углепластики)

Углеродопласты, карбопласты, углепластики - пластмассы, содержащие в качестве наполнителя углеродные волокна (в виде непрерывного жгута, ленты, мата или короткого рубленого волокна). Связующими для таких материалов служат синтетические полимеры, например эпоксидные, полиэфирные, феноло-формальдегидные смолы, полиимиды, кремнийорганические полимеры (полимерные Углеродопласты), синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные Углеродопласты), и так называемый «пиролитический углерод» (пироуглеродные Углеродопласты).

Изделия из Углеродопласты можно формовать всеми способами, применяемыми при переработке слоистых пластических масс. Наиболее распространён следующий метод: углеродный наполнитель пропитывают расплавом или раствором связующего (например, в спирте, в углеводородах), подсушивают, получая полуфабрикат (препрег), из которого выкраивают заготовки, собирают из них по форме изделия пакет и прессуют, как правило, на гидравлических прессах, в автоклавах или пресс-камерах (удельное давление не должно превышать 2,0— 2,5 Мн/м2, или 20—25 кгс/см2, из-за высокой хрупкости углеродного волокна). Препрег в виде пропитанной ленты или жгута используют также при получении изделий намоткой. Коксованные Углеродопласты получают пиролизом полимерных Углеродопласты при 300—1500 °С или 2500—3000 °С. При изготовлении пироуглеродных Углеродопласты наполнитель, не пропитанный связующим, выкладывают по форме изделия, помещают в печь, в которую пропускают обычно метан. При 1100 °С и остаточном давлении 2,6 кн/м2(20 мм рт. см.) он разлагается, и образующийся «пиролитический углерод» осаждается на углеродных волокнах, связывая их.

Углеродопласты характеризуются сочетанием высокой прочности и жёсткости с малой плотностью, низкими температурным коэффициентом линейного расширения (благодаря чему при повышенных температурах Углеродопласты имеют хорошую стабильность размеров) и коэффициент трения, высокими теплои электропроводностью, износостойкостью, устойчивостью к термическому, химическому и радиационному воздействию. Углеродопласты превосходят др. слоистые пластики (например, стеклопластики, асбопластики) и металлы по статической и динамической выносливости, имеют высокую вибропрочность (например, усталостная прочность при изгибе Углеродопласты на основе эпоксидного связующего более 400 Мн/м2, или 40 кгс/мм2, вибропрочность 480 Мн/м2, или 48 кгс/мм2). Углеродопласты обладают высокой анизотропией свойств. Пироуглеродные и коксованные Углеродопласты отличаются также хорошими абляционными свойствами. Однако ударная прочность Углеродопласты меньше, чем, например, у стеклопластиков.

Углеродопласты — важные композиционные материалы, используемые в авиастроении (обеспечивают снижение массы деталей фюзеляжа, крыла, оперения самолёта на 15—50%). Из Углеродопласты изготавливают детали самолётов скоростной авиации и космических летательных аппаратов, спортинвентарь (например, лыжи), химическое оборудование; Углеродопласты используют в судои автомобилестроении. Коксованные и пироуглеродные Углеродопласты применяют для внешней теплозащиты возвращаемых космических аппаратов, для внутренней теплозащиты элементов ракетных двигателей (сопла, камеры сгорания).

И. П. Хорошилова