На сегодняшний день создано и освоено в промышленном масштабе большое количество разнообразных по составу, свойствам и назначению углеродных волокон.
Марочный ассортимент базируется прежде всего на типе исходного волокна при получении УВ, чистоте сырья, технологии обработки исходных волокон, конечной температуре обработки (определяющей совершенство структуры УВ и его свойства), требуемой текстуре промышленных форм УВ и их назначении. Ассортимент углеродных волокон довольно широк и разнообразен, что определяется типом и составом исходного сырья, его способностью претерпевать термические превращения при нагревании, условиями (режимы, среда) проведения термических превращений при получении углеродных волокон.
На основе элементарных углеродных волокон получают разнообразные текстильные формы, которые и используются в качестве углеродных волокнистых материалов (УВМ) как компоненты для получения композиционных материалов или как самостоятельные материалы (изделия).
Марочный ассортимент углеродных волокнистых материалов определяется прежде всего назначением и потребностью в данном виде материала для изделий современной техники. Фирмы, выпускающие УВ, как правило, специализируются на производстве нескольких типов углеродных волокнистых материалов, но на одном виде исходного сырья.
Так, например, выпуском УВМ на основе ПАН — волокна занимаются фирмы Hercules, UCC, Celanese, HITOCO, Great Lakes Carbon, Stackpole Carbon Fibers (США); Торэ, Тохо бэсоун, Нихон кабон, Асахи нихон кабон файба, Мицубиси рэён, Сумитомо кагаку (Япония). Фирма Юнион Карбайт выпускает УВМ на основе ПАН, ГЦ и пеков. УВМ на основе обычных пеков выпускают фирмы Курэха Кагаку (Япония), Courtlands (Великобритания), Serofim (Франция).
Свойства углепластиков зависят от свойств углеродных волокон, которые в свою очередь определяются условиями пиролиза органических волокон (гидратцеллюлозных, полиакрилонитрильных, волокон из мезофазных пеков), используемых в настоящее время в качестве сырья для изготовления углеродных волокон.
Модуль упругости при растяжении (вдоль волокон) высококачественных углеродных волокон высокопрочного типа (на основе ПАН) составляет 200 — 250 ГПа, высокомодульного типа (на основе ПАН) — около 400 ГПа, а углеродных волокон на основе жидкокристаллических пеков: 400 — 700 ГПа. При одной и той же температуре прогрева углеродные волокна на основе жидкокристаллических пеков имеют больший модуль упругости при растяжении, чем волокна на основе ПАН. Модуль упругости при растяжении поперек волокон (модуль жесткости при изгибе) снижается с ростом модуля упругости при растяжении вдоль волокон. Для углеродных волокон на основе ПАН он выше, чем для волокон на основе жидкокристаллических пеков. На поперечный модуль упругости также влияет ориентация атомных плоскостей в сечении углеродного волокна. Прочность при растяжении вдоль оси высокопрочных углеродных волокон на основе ПАН составляет 3,0-3,5 ГПа, волокон с высоким удлинением ~ 4,5 ГПа и высокомодульных волокон — 2,0-2,5 ГПа.
Высокотемпературная обработка волокон второго типа позволяет получить высокомодульные волокна с прочностью при растяжении приблизительно 3 ГПа. Прочность волокон на основе жидкокристаллических пеков обычно равна 2,0 ГПа. Теоретическое значение прочности при растяжении кристаллов графита в направлении атомных плоскостей решетки составляет 180 ГПа. Измеренная экспериментально прочность при растяжении углеродных волокон высокопрочного и высокомодульного типа на основе ПАН на участке длиной 0,1 мм равна 9-10 ГПа.. Эта величина составляет 1/20 теоретического значения и 1/2 прочности нитевидных монокристаллов графита. Для углеродных волокон на основе жидкокристаллических пеков измеренная аналогичным образом прочность равна 7 ГПа. По информации сайта https://studfiles.net/preview/2469134/page:33/
Ниже приведено сравнение механических свойств распространенных углеродных волокон:
