Разработанное учеными «Росатома» углеволокно пригодится для создания ключевого оборудования космических станций — как для длительного пребывания на орбите, так и для дальних миссий. В нашей стране еще серийно не производилось сырье с такими высокими показателями.
Одно из главных направлений работы Химико-технологического кластера Научного дивизиона «Росатома» — создание и внедрение новых материалов. Их новейшая разработка — не подверженное температурным колебаниям углеволокно на основе изотропных и мезофазных пеков.
Что такое углеволокно из мезофазного пека?
Углеволокно — материал из переплетенных тончайших нитей, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода соединены в графеновые слои, выровненные параллельно друг другу, — это и дает углеволокну его уникальные параметры.
Существует несколько основных «рецептов» производства углеволокна: наиболее распространенные - из полиакрилонитрила (ПАН) и из пека. Пек — остаток от перегонки каменноугольной или нефтяной смолы. Углеволокно из пека дешевле в производстве, но его параметры зависят от свойств пека.
У «базового» пека нет упорядоченной структуры. Из такого изотропного пека получается недорогое углеволокно с хорошей электропроводностью, но низкой прочностью и теплопроводностью — подходящий материал для большинства простых задач, например, высокотемпературной теплоизоляции.
С помощью специальной обработки из изотропного пека получают мезофазный пек — пек с гораздо более упорядоченной структурой, прошедший стадию жидкокристаллического состояния при термообработке. При дальнейшей обработке мезофазный пек он образует более упорядоченный углерод — а значит и более высококачественное волокно.
Космическое углеволокно
Разработанное российскими учеными углеволокно — материал высокого класса с низким удельным весом, высокой теплопроводностью и, что главное, близким к нулю коэффициентом термического расширения в широком диапазоне температур. То есть он не будет менять свою форму ни под действием нагрева от оборудования, ни под действием холода космоса.
Из композитов на основе такого углеволокна можно делать орбитальные конструкции размером до 200 метров. Так, материал пригодится для создания различного оборудования для космических станций длительного пребывания и дальних миссий:
- Рефлекторов крупных спутниковых систем;
- Элементов корпусов и холодильников-излучателей;
- Систем теплоотвода на основе углерод-углеродных композитов.
«Мы проводим опытные и научно-исследовательские работы, направленные на получение высокомодульных углеродных волокон на основе изотропных и мезофазных пеков, имеющих уникальные в сравнении с другими видами углеродных волокон показатели по целому ряду важнейших эксплуатационных свойств, что позволяет создавать конструкции, устойчивые к воздействию экстремально высоких температур, а также конструкции, работающие в условиях термоциклирования»,
– поделился заместитель директора по науке и инновациям Химико-технологического кластера госкорпорации «Росатом» Артур Гареев.
Пригодится не только в космосе!
Параметры углеволокна такого класса:
- Модуль упругости от 600 до 1000 ГПа
- Коэффициент теплопроводности от 600 до 1100 Вт/(м*К)
- Околонулевой или отрицательный коэффициент термического расширения в диапазоне температур от - 273 до 326 градусов Цельсия (от 0 до 600 Кельвинов)
Помимо космической отрасли, многие «земные» отрасли промышленности заинтересованы в высококачественном углеволокне: авиационная, атомная, энергетическая и другие индустрии, использующие спецтехнику из композитов.
Ученые «Росатома» работают на стыке фундаментальной науки и прикладных разработок, обеспечивая технологический суверенитет страны и ускоряя внедрение новейших технологий.
Читайте подробнее о композитах и новых материалах в нашей статье: Керамика и титан, углеволокно и карбид кремния: из каких материалов состоят современные композиты?
Подписывайтесь на наш канал и следите за новостями российской науки!
Присоединяйтесь к команде научного блока «Росатома», актуальные вакансии – на карьерном портале.