Стеклоуглерод и углеродные волокна

Стеклоуглерод – практически газонепроницаемый и очень прочный углеродный материал. С химической точки зрения он является инертным, особенно если речь идет о восстановительной атмосфере. Материал напоминает неорганическое стекло внешней поверхностью без дефектов. Он является продуктом обработки сетчатых полимеров температурой. Графитоподобных элементов в структуре целлюлозы и фенолформальдегидной смолы нет, однако присутствуют много изолированных циклов и связей С-О.

Формование – первая стадия создания изделий из этого материала. Далее стеклоуглерод делают более прочным нагреванием температуры до двухсот градусов. Форма изделий не меняется в дальнейшем. Реакции дегидратации при температуре в триста-четыреста градусов Цельсия протекают со значительным уменьшением объема кислорода и замыканием циклов.

Пары воды, оксид углерода и легкие углеводороды присутствуют в газообразных продуктах, получающихся при деструкции. Раскрытие фурановых циклов происходит при температуре более шестисот градусов Цельсия. Далее идет ароматизация. С семисот до трех тысяч градусов Цельсия происходит рост гексагональных слоев. В это же время идут реакции дегидрирования. Турбостратные кристаллиты, образующиеся во время протекания этой реакции, являются очень маленькими. Структура материала создается из углеродных лент, которые переплетаются беспорядочно друг с другом. Углеродные связи в микрокристаллитах имеют разную кратность.

Изделия из стеклоуглерода используются в промышленности. Их можно многократно нагревать и охлаждать в пределах температур от пятнадцати до семисот градусов Цельсия. Применяются тигли стеклоуглеродные для минерализации органики, прокаливания, сплавления проб друг с другом, растворения их в минеральных кислотах и так далее. Во время сплавления проб в таких тиглях перемешивать их обязательно. Кроме того, нужно смешивать с другими компонентами перекись натрия. Работать только с ней нельзя.

Аналогичные используемым во время синтеза стеклоуглерода принципам изначально получали и углеродные волокна. Полимерные волокна подвергались пиролизу и воздействию высоких температур. Пековое сырье сегодня используется для этого более дешевое. Волокнистую форму в обоих случаях придают еще во время начальной обработки, она не меняется в дальнейшем. Сделанные из полимеров волокна выдавливают через оснащенные вытяжкой фильеры. Форма получается глобулярной или спиральной. Длина нитевидных образований значительно больше их диаметра.

Волокна стабилизируют с помощью окисления, чтобы в дальнейшем они не поддавались плавлению. Как и у стеклоуглерода, приближения к графитовой фазе является ограниченным. Углеродные волокна получают чаще всего из гидратцеллюлозы и полиакрилонитрила. Друг от друга они отличаются наличием в основной цепи кислородных атомов. Последующую графитацию и создание в карбонизованном материала непрерывной структуры они затрудняют.