ржавеет ли углеродное волокно? | Supreem Carbon Expert Guide

Раскрытие прочности углеродного волокна: ржавеет ли оно? Информация для закупок в отрасли

Действительно ли углеродное волокно ржавеет, как металл?

Распространенное заблуждение состоит в том, чтоуглеродное волокно, будучи материалом, может ржаветь так же, как это делают металлы, такие как сталь или железо. Окончательный ответ — нет, само углеродное волокно не ржавеет. Ржавчина — это особая форма коррозии, которая поражает железо и его сплавы, возникающая в результате электрохимической реакции между железом, кислородом и водой. Углеродные волокна состоят почти полностью из атомов углерода, которые по своей природе инертны и не подвергаются этому процессу окисления. Они обладают высокой устойчивостью к большинству химикатов, кислот и оснований. Хотя углеродные волокна остаются стабильными, важно понимать, чтодетали из углеродного волокнаявляются композитами, то есть углеродные волокна встроены в смоляную матрицу (например, эпоксидную, винилэфирную). Именно эта смоляная матрица подвержена деградации с течением времени из-за таких факторов, как воздействие ультрафиолета или определенных химических воздействий, но это отличается от ржавчины.

Как влага влияет на композиты из углеродного волокна?

Композиты из углеродного волокна демонстрируют превосходную устойчивость к воде и влаге. В отличие от металлов, которые могут окисляться, само углеродное волокно является гидрофобным. Однако смоляная матрица, используемая для связывания волокон, может поглощать небольшой процент влаги при длительном воздействии, особенно во влажной или жарко-влажной среде. Например, эпоксидные смолы могут поглощать от 0,5% до 1,5% влаги по весу. Это поглощение влаги может привести к небольшому снижению определенных механических свойств, таких как прочность на межслойный сдвиг или прочность на сжатие в горячем и влажном состоянии, как правило, на 10-20%. Это часто происходит из-за пластификации смолы, что делает ее немного мягче. Важно, что этот процесс не включает ржавление или необратимую химическую деградацию волокон и часто обратим при высыхании, хотя длительное воздействие высоких температур и влажности может привести к более постоянным изменениям свойств смолы.

Критическая проблема: гальваническая коррозия металлов

Хотя само углеродное волокно не ржавеет, серьезной проблемой для промышленных пользователей, особенно в аэрокосмической, морской и автомобильной промышленности, является гальваническая коррозия. Углеродное волокно является электропроводным и обладает благородным (катодным) электрохимическим потенциалом, подобным графиту или платине. Когда углеродное волокно напрямую контактирует с менее благородным (анодным) металлом, например, алюминиевыми сплавами, мягкой сталью или латунью, в присутствии электролита (например, соленой воды, конденсата или даже высокой влажности), оно создает гальваническую пару. Это ускоряет коррозию менее благородного металла. Например, алюминий, широко используемый из-за своей легкости, может быстро корродировать при прямом соединении с углеродным волокном во влажной среде. Чтобы смягчить это, первостепенное значение имеет правильная электрическая изоляция. Это может быть достигнуто с помощью диэлектрических барьеров (например, слоев стекловолокна, непроводящих прокладок, специализированных изоляционных покрытий или грунтовок или даже определенных сортов проводящей эпоксидной смолы с ингибиторами коррозии) между углеродным волокном и металлическими компонентами. Игнорирование этого требования может привести к преждевременному выходу из строя металлических креплений или элементов конструкции.

Понимание общей прочности и срока службы углеродного волокна

Композиты из углеродного волокна славятся своей исключительной долговечностью, высокой прочностью к весу и превосходной усталостной прочностью. Их срок службы в промышленных применениях может быть очень долгим, часто превышая срок службы многих традиционных материалов, при условии, что они спроектированы и изготовлены правильно для своей конкретной среды. Истинная долговечностьчасть из углеродного волокнаявляется функцией нескольких факторов, выходящих за рамки одних только волокон: выбор смоляной системы (ее устойчивость к УФ-излучению, температуре, химическим веществам), качество изготовления (содержание пустот, выравнивание волокон), применение защитных покрытий (особенно устойчивых к УФ-излучению прозрачных покрытий для предотвращения деградации смолы) и устойчивость к ударным повреждениям (которые могут вызватьрасслоение). Например, в аэрокосмической промышленности компоненты из углеродного волокна рассчитаны на десятилетия службы, в то время как в спортивном оборудовании срок службы может быть короче из-за экстремальных нагрузок или прямого воздействия ударных нагрузок. Понимание конкретных требований эксплуатационной среды имеет ключевое значение для выбора правильной композитной системы и прогнозирования её срока службы.

Лучшие практики по обслуживанию деталей из углеродного волокна в промышленных применениях

Обслуживание деталей из углеродного волокна в промышленных условиях обычно включает простые методы сохранения их целостности и производительности. Регулярный визуальный осмотр имеет решающее значение, особенно для признаков расслоения (разделения слоев), трещин или ударных повреждений, которые могут поставить под угрозу структурную целостность. Чистку следует проводить мягким мылом и водой, избегая грубых абразивных чистящих средств или сильных растворителей, которые могут разрушить смолу или любые защитные прозрачные покрытия. Для деталей, подверженных воздействию УФ-излучения, обеспечение наличия и целостности УФ-устойчивого прозрачного покрытия имеет жизненно важное значение для предотвращения пожелтения и охрупчивания смолы. В приложениях, где углеродное волокно соединяется с металлическими компонентами, периодический осмотр диэлектрических барьеров имеет важное значение для подтверждения того, что они остаются целыми и эффективными в предотвращении гальванической коррозии. Всегда обращайтесь к конкретным рекомендациям производителя по очистке, хранению и ремонту, поскольку они могут различаться в зависимости от системы смолы и области применения. Проактивное обслуживание и правильная установка являются ключом к максимальному увеличению срока службы и надежности компонентов из углеродного волокна.