11

2023

-

01

Предел прочности углеродного волокна

Углеродное волокно — хрупкий материал, и его прочность на растяжение зависит от различных дефектов. Дефекты можно разделить на поверхностные и внутренние.

Углеродное волокно — хрупкий материал, и его прочность на растяжение зависит от различных дефектов. Дефекты классифицируются на поверхностные и внутренние. В зависимости от источника возникновения дефекты можно дополнительно разделить на врождённые и приобретённые. Первые «наследуются» от исходных нитей, тогда как вторые образуются в процессе производства. Сегодня давайте познакомимся с прочностью на растяжение и дефектами углеродного волокна.

Среди различных дефектов углеродного волокна около 90% приходится на поверхностные дефекты, которые являются одним из основных факторов, влияющих на прочность на растяжение. Постоянное повышение прочности углеродного волокна на растяжение обусловлено непрерывным уменьшением размера дефектов. Другими словами, в 1980-х годах размер дефектов был относительно большим — на уровне микрометров, что приводило к прочности волокна на растяжение ниже 4 ГПа, что соответствовало тогдашним продуктам T300 и T400; в середине и конце 1980-х годов размер дефектов удалось уменьшить до уровня менее микрометра, и прочность углеродного волокна возросла примерно до 7 ГПа, что стало возможным благодаря появлению высокопрочных углеродных волокон, таких как T700, T800 и T1000.

С начала XXI века по настоящее время люди продолжают применять различные технические меры, чтобы и дальше уменьшать размер дефектов, и ожидается, что предел прочности углеродного волокна возрастёт примерно до 10 ГПа. В настоящее время в лаборатории разработано углеродное волокно на основе ПАН с пределом прочности 9,03 ГПа. Другими словами, основная идея повышения прочности углеродного волокна заключается в том, чтобы всеми способами уменьшить размеры различных дефектов, что соответствует теории микротрещин Гриффита и теории самого слабого звена.