Изготовление и классификация угле волокна.
Забрудский Андрей, г.Тернополь
andr@uth0.bank.gov.ua
        Успехи японцев в производстве угле волокна мобилизовали конкуренцию - повлияли на ускорение разработок в этой области другими странами. Со временем они достигли больших успехов, но первые волокна в свободную продажу выпустила только в 1967 году британская фирма Morganite Ltd., при этом продажа лучшего угле волокна была строго регламентирована, из-за использования его в оборонной промышленности.
        Не смотря на это в 1971 году британская фирма Hardy Brothers первая в мире представила удилища из угле волокна. Несколько месяцев спустя, появились удилища и у американской фирмы Fenwick.

Как делают угле волокно?

        Известно было, что нужно взять существующую уже углеродную цепочку или какое-то искусственное волокно, которое в процессе обработки преобразуется в углерод. После нескольких лет поисков оказалось, что лучшие результаты показали материалы: волокна полиакрилонитриловые ( PAN ), а также волокна полученные методом протяжки расплавленного угольного, нефтяного или полихлорвинилового пака через сетку. Пак это вид ароматичных смол. Процесс изготовления угле волокна состоит в долговременном нагревании волокон PAN или пака при разных температурах без воздуха. Долговременное нагревание при температурах от нескольких десятков до 1500 градусов Цельсия приводит к процессу так называемого пиролиза - с материала убывают летучие составляющие, частицы волокон образуют новые связи.  Постепенно происходит карбонизация - в избранном материале процентное содержание углерода все время увеличивается. Одновременно все больше волокон преобразуются в чистые углеродные цепочки. Полученные волокна носят название “carbon fibers”. Они имеют хорошую упругость и большую нагрузку на разрыв. Когда эти параметры достигнут соответствующего уровня, на этом процесс завершается.

От углерода к... графиту

        Если же требуются особенные свойства, материал должен далее, более длительное время нагреваться при очень высокой температуре, достигающей 3500 градусов! В процессе такого необычного нагревания некоторая часть углерода превращается в графит. Эта часть производственного процесса называется графитизация, а продукт производства “graphite fibers”.
        Графитно - волоконное производство очень трудоемкое и энергоемкое - волокна легкие, а изготовление тяжелое. В мировом производстве основную роль играют Америка и Япония. Трудно найти русскую, китайскую продукцию или продукцию других стран, обладающих даже ядерными технологиями. В Украине и других странах угле волокно изготовляют разве что в лабораторных условиях. В таблице 1 показано приблизительную международную классификацию угле волокон. Стоит заглянуть на минуту в эту таблицу, так как данные в них сокращения иногда можно увидеть на рыболовных изделиях.
        Много фирм вообще не указывают название материала, а употребление символов HM и UHM скорее поэтическое, чем принадлежащее к вышеупомянутой классификации. Иногда, указывается товарное название волокна (таблица 2), с которого сделано удилище, и по ней мы можем судить о его свойствах.

Таблица 1.
Ориентировочная, международная классификация угле волокон. 1 млн PSI = 6,9 GPa. 1 GPa (gigapaskal) приблизительно 100 кг/мм квадратный. PSI (сокращенно от англ. Pound per square inch = фунт на квадратный дюйм).


Сокращенное и полное название Модуль упругости (GPa) Модуль упругости (PSI) Разрывная нагрузка (GPa)
UHM -Ultra High Modulus - очень высокий модуль 500 - 700 и больше 72 - 100 млн. разная, обычно высокая
SHT - Super HighTenasity - очень высокая разрывная нагрузка ок. 350 - 500 ок. 51 - 72 млн. выше 5,0
HM - High Modulus - высокий модуль 300 - 500 43 - 72 млн. ниже 3,0 - 5,0
HT- High Tenasity - высокая разрывная нагрузка 250 -300 36 - 43 млн. выше 3,0
IM - Intermediate Modulus - средний модуль 200 - 300 29 -43 млн. больше чем 2,0 - 3,0
LM - Low Modulus - низкий модуль 30 - 200 4,4 - 29 млн.
-

Таблица 2. Товарное название волокна и его характеристики.


Название волокна или 
серии удилищ
 Модуль упругости
(GPa)
 Модуль упругости 
(PSI)
XMG
483
70 млн.
58-7 Balanced Graphite
400
58 млн.
Ironfeather
393
57 млн.
Graphite III
345
50 млн.
IMX
324
47 млн.
C 44X
304
44 млн.
MOD 43
297
43 млн.
IM 7, Graphite II, IM 700, HLS
290
42 млн.
IM 6
262
38-39 млн.
HMG, Series One
228
33 млн.
Graphite I
207
30 млн.

(с)Дом Рыбака - 2002