Углеродопласты

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 У.), синтетические полимеры, подвергнутые пиролизу (коксованные У.), и так называемый "пиролитический углерод" (пироуглеродные У.).

Изделия из У. 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 У. получают пиролизом полимерных У. при 300-1500 ?С или 2500-3000 ?С. При изготовлении пироуглеродных У. 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.

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

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