Статьи

Арматура из углепластика и листовые углепласты 25.02.2018

Арматура из углепластика и листовые углепласты

В последнее десятилетие наметилось и активно развивается направление создания и использования композитных материалов на основе углепластиков. При формировании листового или арматурного углепластикового изделия в качестве связующего используется термореактивная синтетическая смола или термопласт. Материал, называемый углепластом или углеродопластом получается при внесении в матрицу углеродных нитей, волокон или матов. В результате формируется полимерная структура, армированная углеродным волокном, для которого характерны высокие показатели прочности и другие весьма полезные свойства.

Появление углепластов произвело в промышленности переворот, сравнимый с тем, который в свое время вызвала экструзия полимеров. Стали доступны технологические решения, позволяющие применять синтетические и полимерные материалы там, где раньше использовался металл, что заметно расширило возможности создания конструкций, обладающих высокой прочностью и небольшим весом.

Особенности и преимущества углепластиков

Самыми ценными с производственной и конструктивной точек зрения считаются углепластики с непрерывными и высокопрочными волокнами. для них характерна упругость с модулем выше 150 ГПА, при этом материал отличается:

  • малой плотностью и весом;
  • высокой прочностью и упругостью;
  • высокими показателями химической и радиационной стойкости;
  • способностью переносить вибрации, статические и динамические нагрузки;
  • минимальным, близким к нулевому, коэффициентом линейного расширения.

Листовые пластики, армированные углеродными нитями, волокном и матами сделали возможным создание нового поколения транспортных средств, в которых тяжелые металлические конструкционные детали заменяются легкими композитами. Это касается разработок в авиации, автомобилестроении, судостроении и железнодорожном транспорте. Конструкция крыла и центроплана самолета, корпуса судна и кузова автомобиля может потерять в весе до 20 % в сравнении с металлическим аналогом, но по прочности окажется равной или превосходящей его. Особо ценится способность армированных углеродом материалов сохранять свойства после значительного изгиба, что далеко не всегда доступно при использовании металлических конструкций.

Углепластик в строительстве - арматурные прутки

В строительстве углепластик нашел применение в качестве высокопрочной арматуры, которую можно применять в ответственных конструкциях с ограничением по весу. Металлические арматурные прутки, которым долгое время невозможно было найти замену, обладают рядом недостатков, не свойственных углепластикам:

  • металл подвержен коррозии, которая ограничивает срок службы железобетонных конструкций;
  • арматура проводит электрический ток;
  • в некоторых конструкциях металлическая арматура проявляет недостаточную стойкость к ударным нагрузкам;
  • достижение необходимой прочности связано с приростом веса, а это вносит серьезные ограничения в возможности создания сложных сооружений.

С освоением технологии связывания углеродного волокна в пучок с помощью полимера, арматура из карбона вышла на строительный рынок как одна из альтернатив металлу.

Карбоновая арматура для бетонного монолита

В результате многочисленных экспериментов и испытаний были выработаны ТУ для производства и использования карбоновой арматуры. Сейчас выпускаются карбоновые стержни и прутки, диаметр которых может доходить до 3,2 см, а вес заметно отличается от аналога из металла.

Преимущества углепластов проявились в полной мере, когда на эксплуатационном уровне было доказано, что новая арматура:

  • обладает прерывистой внутренней структурой с гибкими связями, за счет чего выдерживает высокие нагрузки на сжатие, удары и усилия на излом;
  • имеет удельный вес в 10 раз меньше, чем традиционно используемая углеродистая сталь;
  • перевозится с меньшими затратами, проявляет стойкость к химически агрессивным и активным средам, не разрушается при контакте с водой и влажным воздухом;
  • обладает минимальной теплопроводностью и имеет широкий диапазон эксплуатационных температур (-70 - +200-300 С).

Дополнительным преимуществом можно считать отсутствие опасности коротких замыканий через арматуру и снятие ограничений на радиосвязь, поскольку арматура не создает характерного для металлического каркаса экрана. Считается, что перспективу использования материала заметно расширяет переработка пластика, которая дает возможность получать полимеры из отходов и утилизировать арматуру после завершения эксплуатации здания. 

Срок службы карбонового арматурного прутка

Предположительный срок эксплуатации такой арматуры достигает по расчетам 75 лет, но на сегодняшний день не существует сооружений, на которых можно доказать эти расчеты. Отдельные специалисты высказывают предположения, что срок может оказаться значительно большим. Единственным из заметных недостатков остается ограничение на изгиб - арматура ломается при такой нагрузке, так как модуль упругости прутка в 4 раза уступает показателю металлического аналога.


Возврат к списку