Карбон углеволокно

В последнее время, как только заходит речь об удилищах, сразу же вспоминают про различные аббревиатуры, которые характеризуют карбон, из которого сделаны удилища. 1К, 2К, 3К. «Это удилище из высокотехнологичного карбона», «Высококачественный карбон, делает удилище..», «Карбон, из которого сделан бланк, отвечает самым высоким требованиям» и так далее, и так далее. А что же скрывается за всей этой маркетинговой терминологией?

Что такое карбон?

Карбон — углерод, представляющий собой полимерный композиционные материал из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных смол. Отличается высоко прочностью и малой массой. Зачастую гораздо прочнее стали, но в разы легче. По удельным характеристикам превосходит многие высокопрочные стали.

Но отойдем в сторону от точных определений. Самое главное, что вы должны понимать в карбоне, что его на самом деле существует два вида: чистое углеродное волокно (оно же carbon fiber) и углепластик (полимер, усиленный углеродным волокном — carbon fiber reinforced polymer). Оба этих материала в быту называют карбоном, что, в конечном итоге, привело к тому, что понятия стали путать между собой.


Практически весь карбон, из которого делаются удилища получается из полиакрилонитрила (сокращенно ПАН) при помощи окислительного пиролиза и последующей обработки в инертном газе. Нити углерода получаются очень тонкие (ориентировочно 0,005-0,10мм в диаметре), сломать их очень просто, а вот порвать очень сложно. Из этих нитей и сплетаются ткани, из которых затем делаются бланки для удилищ.

Карбон углеволокно

Почему карбон так удобен для производстве удилищ?

Использование карбона позволяет достигнуть высокой прочности удилища, жесткости, при очень малом весе. Дело в том, что карбон является материалом, механические свойства которого зависят от направления волокон. Комбинируя их в различных направлениях, можно добиваться оптимальных характеристик различных изделий, будь то удилища или любое другой изделие. То есть, характеристики бланка зависят напрямую от того плетения, на которое пал выбор разработчиков удилища. Карбон позволяет добиться практически любой формы изделия, именно поэтому у инженеров куда больше возможностей и свободы в создании «идеального» удилища.


Из какого карбона лучше всего покупать удилища?

Это очень сложный вопрос. Определить на глазок что за карбон перед вами очень тяжело. Производители могут написать всякое. Единственный совет, который точно можно дать — это избегать различных дешевых «трехкопеечных» бланков непонятного производства. Остается только гадать откуда производитель берет этот материал. А самое главное, большинство рецептов карбонового волокна являются частной собственностью (запатентованными) и просто так ни одна фирма не расскажет вам состав.

Точно так же не стоит доверять различным рекламным лозунгам, что такая-то компания использует «особенный», «исключительный», «высокотехнологичный» и так далее карбон. Правда состоит в том, что две трети мирового рынка по производству карбона принадлежат трем японским фирмам — Toray (30%), Mitsubishi (18%), Toho (18%). За ними расположились такие фирмы, как венгерская Zoltek (17%), немецкая Hexcel (7%), американская Cytek (3%), на всех остальных приходится в общей сложности еще 6%.

Карбон углеволокно


Всего в год производится порядка 43,5 тысяч тонн карбона. Из них 41% — потребляет авиация, космическая и военные промышленности. 17% — спорт, 12% — строительство 12% — различные нужды, по 5%-6% автомобилестроение, гражданская инженерия и так далее. Не будем тонуть в цифрах.

Важно, что из всего оборота на спорт, рыбалка забирает не более 2-3%. Теперь вдумайтесь — если вы владеете инфраструктурой, позволяющей исследовать новые виды карбоновых волокон, чем вы займетесь — производством деталей для космической промышленности или для удилищ? Будете работать с 41% рынка или сосредоточитесь на двух процентах даже не от общего рынка, а от 1/5 этого рынка? Ответ очевиден, поэтому искренность заявлений производителей рыболовных аксессуаров касательно «уникального карбона» вызывает большие подозрения. Мы не беремся утверждать, правда это или нет. Мы просто даем пищу для размышлений.

Характеристики карбона

При получении карбона из поликарилонитрила, под микроскопом полученная нить будет напоминать ствол дерева. Плотный в центре, с шероховатой корой снаружи. Если продолжать очищать нить от «коры», то получится нить меньшего диаметра, но большей плотности.
ответственно на одну и ту же единицу площади поместится большее количество таких нитей, что позволит добиться не меньшей жесткости, но гораздо уменьшить вес. Производство таких тонких волокон сопряжено с большими издержками, потому что волокно получается хрупким и использовать его необходимо с большой осторожностью. Отсюда и высокая стоимость такого карбона. Однако очень эластичный карбон является очень хрупким материалом. Поэтому инженером постоянно приходится ломать голову, чтобы найти оптимальный баланс между прочностью и эластичностью. Это достигается уже при помощи рецепта карбонового волокна, в котором комбинируют несколько слоев карбона с различными характеристиками. Каждая такая комбинация и есть главная тайна и секрет любого удилища, да и просто изделия.

Карбон углеволокно

Теперь стоит поговорить о самых наших любимых характеристиках — 1К, 2К, 3К, которыми часто маркируют карбон. Подобная маркировка относится к плетению углеродного волокна. Нити собирают в полоски и эти полоски переплетают друг с другом. 1К означает, что в полосе 1000 нитей, 2К — 2000 нитей, а 3К — 3000 нитей. На самом деле эта характеристика никаким образом не является признаком тех или иных свойств самого волокна. Важно не количество нитей в полосе, а то, каким образом плетутся эти полосы, и из какого состава-рецепта сделаны волокна. А это уже зависит от производителя.


Вернемся к мировому рыболовному рынку!

Здесь все сурово. Подавляющее большинство удилищ, которые сегодня продаются в магазинах изготовлены в Азии, на фабриках, каждая из которых обслуживает сразу несколько брендов. Современные бренды, причем не только в рыболовной индустрии, в большинстве своем являются самыми настоящими маркетинговыми и инженерными центрами, но не производителями. Они заключает контракты с так называемыми Original Equipment Manufactures, если говорить по-русски, посредниками, отсылают им дизайн и желаемые характеристики, которые они хотят получить на выходе, а уже OEM несет ответственность за производство. Такие фабрики отправляют готовые удилища, на которых стоит Made in China, или же могут отправить удилище, которое будет еще доведено до ума. Во втором случае вы можете зачастую видеть заветные Made in UK, Made in Germany и так далее.

Карбон углеволокноКарбон углеволокно

Вполне распространенная практика, когда сразу несколько компаний работает с одной и той же фабрикой. Но также и бывает масса случаев, когда один бренд работает с несколькими OEM, когда хочет производить несколько видов удилищ.


Карбон углеволокно

Но это вовсе не означает, что вас обманывают. Как раз нет. Ведущие бренды отдают процесс производства карбоновых удилищ в руки профессионалов, которые занимаются только плетением карбоновых волокон и изделиями из карбона. Конечно, это все стоит денег, и увеличивает цену исходного продукта. Теперь представим ситуацию, когда вы покупаете вроде бы карбоновое удилище, которое стоит ну совсем дешево.

Сразу можете убрать отсюда работы по инженерным расчетам и дизайнеров. Вам просто продают готовую, стандартную заготовку, уберите затраты на маркетинговые исследования и сертификацию производства (самый главный признак отсутствия контроля качества) и так далее.

Репутационные риски заставляют известные бренды подходит крайне ответственно к вопросу качества, тогда как никому неизвестные производители подобных рисков вообще не имеют. Ну закрыл ты эту фирму, открыл завтра новую. Вот и все дела. Вы никогда не узнаете какие конкретно материалы были использованы, какая смола, что ожидать от удилища. Если вы считаете данный риск оправданным низкой ценой, конечно, покупайте. Но разве много у нас людей осознают эти риски? Надеемся, что после прочтения данной статьи, их число хотя бы немножко увеличится.

Полное или частичное копирование без согласования с редакцией портала запрещено

comments powered by HyperComments

carptoday.ru

Общие положения


Углепластик — это композиционный многослойный материал, представляющий собой полотно из углеродных волокон в оболочке из термореактивных полимерных (чаще эпоксидных) смол, Carbon-fiber-reinforced polymer . 

Международное наименование Carbon — это углерод, из которого и получаются карбоновые волокна carbon fiber. 

Но в настоящее время к карбонам относят все композитные материалы, в которых несущей основой являются углеродные волокна, а вот связующее сможет быть разным. То есть карбон и углепластик объединились в один термин, привнеся путаницу в головы потребителей. То есть карбон и углепластик — это одно и то же.

Это инновационный материал, высокая стоимость которого обусловлена трудоемким технологическим процессом и большой долей ручного труда при этом. По мере совершенствования и автоматизации процессов изготовления карбона его стоимость будет снижаться. Для примера: стоимость 1 кг стали — менее 1 доллара, 1 кг карбона европейского производства стоит около 20 долларов. Удешевление возможно только за счет полной автоматизации процесса.

Применение карбона


Изначально карбон был разработан для спортивного автомобилестроения и космической техники, но благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам, таким как малый вес и высокая прочность, получил широкое распространение и в других отраслях промышленности:

  • в самолетостроении,
  • для спортивного инвентаря: клюшек, шлемов, велосипедов.
  • удочек,
  • медицинской техники и др.

Гибкость углеродного полотна, возможность его удобного раскроя и резки, последующей пропитки эпоксидной смолой позволяют формовать карбоновые изделия любой формы и размеров, в том числе и самостоятельно. Полученные заготовки можно шлифовать, полировать, красить и наносить флексопечать.

Технические характеристики и особенности карбона

Популярность углепластика объясняется его уникальными эксплуатационными характеристиками, которые получаются в результате сочетания в одном композите совершенно разных по своим свойствам материалов — углеродного полотна в качестве несущей основы и эпоксидных компаундов в качестве связующего.


углепластик

Армирующий элемент, общий для всех видов углепластика — углеродные волокна толщиной 0,005-0,010 мм, которые прекрасно работают на растяжение, но имеют низкую прочность на изгиб, то есть они анизотропны, прочны только в одном направлении, поэтому их использование оправдано только в виде полотна. 

Дополнительно армирование может проводиться каучуком, придающим серый оттенок карбону.

Карбон характеризуются высокой прочностью, износостойкостью, жёсткостью и малой, по сравнению со сталью, массой. Его плотность — от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³. Технические характеристики углеволокна можно посмотреть в сравнительной таблице плотности, температуры плавления и прочностных характеристик.

Еще один элемент, используемый для армирования вместе с углеродными нитями — кевлар. Это те самые желтые нити, которые можно видеть в некоторых разновидностях углепластика. Некоторые недобросовестные производители выдают за кевлар цветное стекловолокно, окрашенные волокна вискозы, полиэтилена, адгезия которых со смолами гораздо хуже, чем у углепластика, да и прочность на разрыв в разы меньше.


Кевлар—это американская торговая марка класса полимеров арамидов, родственных полиамидам, лавсанам. Это название уже стало нарицательным для всех волокон этого класса. Армирование повышает сопротивление изгибающим нагрузкам, поэтому его широко используют в комбинации с углепластиком.

Особенности технологии изготовления углеродного волокна 

Волокна, состоящие из тончайших нитей углерода, получают термической обработкой на воздухе, то есть окислением, полимерных или органических нитей (полиакрилонитрильных, фенольных, лигниновых, вискозных) при температуре 250 °C в течение 24 часов, то есть практически их обугливанием. Вот так выглядит под микроскопом нить после обугливания.

углеродная нить после обугливания

После окисления проходит карбонизация — нагрев волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C для выстраивания структур, подобных молекулам графита. 

Затем проводится графитизация (насыщение углеродом) в этой же среде при температуре 1300-3000 °C. Этот процесс может повторяться несколько раз, очищая графитовое волокно от азота, повышая концентрацию углерода и делая его прочнее. Чем выше температура, тем прочнее получается волокно. Этой обработкой концентрация углерода в волокне увеличивается до 99%.

Виды волокон карбона. Полотно

Волокна могут быть короткими, резаными, их называют «штапелированными», а могут быть непрерывные нити на бобинах. карбоновые нитиЭто могут быть жгуты, пряжа, ровинг, которые затем используются для изготовления тканого и нетканого полотна и лент. Иногда волокна укладываются в полимерную матрицу без переплетения (UD).

Так как волокна отлично работают на растяжение, но плохо на изгиб и сжатие, то идеальным вариантом использования углеволокна является применение его в виде полотна Carbon Fabric. Оно получается различными видами плетения: елочкой, рогожкой и пр., имеющими международные названия Plain, Twill, Satin. Иногда волокна просто перехвачены поперек крупными стежками до заливки смолой. Правильный выбор полотна для углепластика по техническим характеристикам волокна и виду плетения очень важен для получения качественного карбона.

В качестве несущей основы чаще всего используются эпоксидные смолы, в которых полотно укладывается послойно, со сменой направления плетения, для равномерного распределения механических свойств ориентированных волокон. Чаще всего в 1 мм толщины листа содержится 3-4 слоя.

Достоинства и недостатки карбона

Более высокая цена карбона по сравнению со стеклопластиком и стекловолокном объясняется более сложной, энергоемкоймногоэтапной технологией, дорогими смолами и более дорогостоящим оборудованием (автоклав). Но и прочность с эластичностью при этом получаются выше наряду со множеством других неоспоримых достоинств:

  • легче стали на 40%, легче алюминия на 20% (1,7 г/см3 — 2,8 г/см3 — 7,8 г/см3),
  • карбон из углерода и кевлара немного тяжелее, чем из углерода и резины, но намного прочнее, а при ударах трескается, крошится, но не рассыпается на осколки,
  • высокая термостойкость: карбон сохраняет форму и свойства до температуры 2000 ○С.
  • обладает хорошими виброгасящими свойствами и теплоемкостью,
  • коррозионная стойкость,
  • высокий предел прочности на разрыв и высокий предел упругости,
  • эстетичность и декоративность.

Но по сравнению с металлическими и деталями из стекловолокна углеводородные детали имеют недостатки:

  • чувствительность к точечным ударам,
  • сложность реставрации при сколах и царапинах,
  • выцветание, выгорание под воздействием солнечных лучей, для защиты покрывают лаком или эмалью,
  • длительный процесс изготовления,
  • в местах контакта с металлом начинается коррозия металла, поэтому в таких местах закрепляют вставки из стекловолокна,
  • сложность утилизации и повторного использования.

Изготовление карбона

Существуют следующие основные методы изготовления изделий из углеткани

1.   Прессование или «мокрый» способ

Полотно выкладывается в форму и пропитывается эпоксидной или полиэфирной смолой. Излишки смолы удаляются или вакуумформованием или давлением. Изделие извлекается после полимеризации смолы. Этот процесс может проходить или естественным путем или ускоряется нагревом. Как правило, в результате такого процесса получается листовой углепластик.

2.   Формование

Изготавливается модель изделия (матрица) из гипса, алебастра, монтажной пены, на которую выкладывается пропитанная смолой ткань. При прокатке валиками композит уплотняется и удаляются излишки воздуха. Затем проводится либо ускоренная полимеризация и отверждение в печи, либо естественная. Этот способ называют «сухим» и изделия из него прочнее и легче, чем изготовленные «мокрым» способом. Поверхность изделия, изготовленного "сухим" способом, ребристая (если его не покрывали лаком).

К этой же категории можно отнести формование из листовых заготовок — препрегов.

Смолы по своей способности полимеризоваться при повышении температуры разделяются на «холодные» и «горячие». Последние используют в технологии препрегов, когда изготавливают полуфабрикаты в виде нескольких слоев углеткани с нанесенной смолой. Они в зависимости от марки смолы могут храниться до нескольких недель в неполимеризованном состоянии, прослоенные полиэтиленовой пленкой и пропущенные между валками для удаления пузырьков воздуха  и лишней смолы. Иногда предпреги хранят в холодильных камерах. Перед формованием изделия заготовку разогревают, и смола опять становится жидкой.

3.   Намотка

Нить, ленту, ткань наматывают на цилиндрическую заготовку для изготовления труб. Кистью или валиком наносят послойно смолу и сушат преимущественно в печи.

Во всех случаях поверхность нанесения углепластика смазывается разделительными смазками для простого снятия получившегося изделия после застывания.

engitime.ru

Особенности карбоновых спиннингов

Слово «carbon», в переводе с английского означает углерод. Удилища, выполненные из этого материала, также можно называть углепластиковыми, так как они сделаны не из чистого углерода, а из полимерного композиционного материала, состоящего из переплетенных между собой углеродных нитей. Они, в свою очередь, располагаются в матрице (основе), состоящей из эпоксидных или полимерных смол. Эти нити очень тонкие (около 0.001 мм в диаметре) и хрупкие, но порвать их очень сложно.

Для производства углепластиковых (карбоновых) спиннингов используется ткань, состоящая из нескольких слоев нитей углерода, расположенных под определенными углами друг к другу. Эта ткань отличается высокой прочностью, жесткостью и легкостью.

Рабочие характеристики удилищ, изготовленных из углепластика, зависят от нескольких факторов:

  1. Модульность (прочность, упругость) применяемого графита.
  2. Технологические особенности производства. В зависимости от количества и качества используемых смол, можно изменить вес, прочность, чувствительность и строй спиннингов. Например, для изготовления удилища с быстрым строем, количество связующих смол уменьшают, а для изготовления удилищ медленного строя – их процентная составляющая увеличивается.
  3. Конструкция удилища. Они могут быть цельными, телескопическими или штекерными.
  4. Распределение пропускных колец по длине бланка. Этот фактор определяет максимальную нагрузку, которую он может выдержать, а также – возможную дальность заброса приманки.

Немаловажное значение для эргономики спиннинга играет форма и материал рукоятки, а также конструкция и качество изготовления катушкодержателя.

Карбоновый спиннинг фото 4

Основные плюсы и минусы

Спиннинг, для производства которого применен карбон, обладает всеми основными качественными характеристиками этого материала.

Так, положительными чертами таких бланков, считаются:

  1. Легкость. Эти удилища являются самыми легкими по сравнению с удилищами, изготовленными из стекловолокна и композитных материалов.
  2. Высокая чувствительность. С таким спиннингом, особенно быстрого строя, вы будете чувствовать малейшее изменение в поведении приманки и, как следствие – определите самую осторожную поклевку.
  3. Большая упругость и наилучшая сбалансированность такого спиннинга позволит выполнить дальний заброс приманки, а также выдержать сопротивление достойного трофея.

Однако, наряду с очевидными достоинствами, такие спиннинги имеют и несколько недостатков:

  1. Хрупкость. Бланки из высокомодульного углепластика очень слабо выдерживают удары и нагрузки на излом. Это их главный недостаток.
  2. Высокая цена. Себестоимость карбоновых спиннингов несколько снизилась в последние годы, но все еще остается достаточно высокой.
  3. Необходимость применения специальных кофров при транспортировке таких удилищ. Это необходимо для того, чтобы уберечь их от ударов.

Учитывая все плюсы и минусы спиннингов из карбона, можно сказать, что при должном, бережном уходе, они способны проявить все свои преимущества в руках у опытного рыболова.

Следует признать, что самыми востребованными на рынке рыболовных принадлежностей, являются удилища штекерного типа. Они несколько уступают в чувствительности и сбалансированности цельным, но зато превосходят их в удобстве при транспортировке, а при сравнении с телескопами, они выигрывают почти по всем параметрам.

Телескопический карбоновый спиннинг имеет несколько недостатков, которые являются следствием его конструктивной особенности. Они состоят из нескольких, соединенных между собою, колен, которых может быть от 3 до 7 штук. Каждый соединительный узел увеличивает его массу и уменьшает чувствительность и сбалансированность. Главным преимуществом спиннингов телескопической конструкции является их компактность в собранном состоянии, что очень удобно при их транспортировке.

Однако нельзя не признать, что телескопический спиннинг, в составе которого есть карбон, гораздо легче и чувствительней телескопов, выполненных из других материалов.

Примеры спиннингов

В настоящее время, в рыболовных магазинах, представлен очень широкий ассортимент углепластиковых спиннингов. На любой, как говорится, вкус и кошелек. Рассмотрим некоторые из них подробнее.

MIKADO X-PLODE LIGHT SPIN 240 (WAA238-240)

Карбоновый спиннинг фото 1Это штекерный, не очень дорогой спиннинг из углеволокна от известного производителя.

Его качественные характеристики: длина в рабочем состоянии 2.4 метра, тест 5 – 23 гр, вес 176 грамм, строй – медленный.

Прекрасно подойдет для ловли джигом и на блесны.

KOSADAKA Voyager Tele 210 M (SVOGTE210M)

Карбоновый спиннинг фото 2Это телескопический спиннинг из карбона.

Его параметры: длина в рабочем состоянии 2.1 м, длина в собранном виде 0.8 м, строй – быстрый, тест 10- 30 гр.

Предназначен для всех рыболовов, которые предпочитают или вынуждены иметь дело с компактными снастями.

SHIMANO DIALUNA XR S806L

Карбоновый спиннинг фото 3Достаточно дорогой, но очень качественный бланк.

Его характеристики: длина 2.59 м, тест 5 -21 гр, строй – быстрый, вес 126 гр.

Разработано для рыболовов, которые хотят иметь удилище с бескомпромиссной эффективностью для контроля большой рыбы.

klevyj.com

Основные сведения[править | править код]

Основная составляющая часть углепластика — это нити углеродного волокна, состоящего в основном из атомов углерода. Такие нити очень тонкие (примерно 0,005-0,010 мм в диаметре[1]), сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и др.).

Для придания ещё большей прочности ткани, нити углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Термическая обработка состоит из нескольких этапов:

  1. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
  2. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.
  3. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков. Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна, но, при этом, обходятся значительно дороже.

Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоёв используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклонитью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудование (к примеру, такое как автоклав).

Недостатки[править | править код]

При производстве углепластиков необходимо очень строго выдерживать технологические параметры, при нарушении которых прочностные свойства изделий резко снижаются. Необходимы сложные и дорогостоящие меры контроля качества изделий (в том числе, ультразвуковая дефектоскопия, рентгеновская, токовихревая, оптическая голография и даже акустический контроль).

Другим серьёзным недостатком углепластиков является их низкая стойкость по отношению к ударным нагрузкам. Повреждения конструкций при ударах посторонними предметами (даже при падении инструмента на неё) в виде внутренних трещин и расслоений могут быть невидимы глазу, но приводят к снижению прочности; разрушение повреждённой ударами конструкции может произойти уже при относительной деформации, равной 0,5 %[2].

Производство[править | править код]

  • Прессование. Углеткань выстилается в форму, предварительно смазанную антиадгезивом (например, мыло, воск, воск в бензине, Циатим-221, кремнийорганические смазки). Пропитывается смолой. Излишки смолы удаляются в вакууме (вакуум-формование) или под давлением. Смола полимеризуется, иногда при нагревании. После полимеризации смолы изделие готово.
  • Контактное формование. На примере изготовления бампера: берётся металлический исходный бампер, смазывается разделительным слоем. Затем на него напыляется монтажная пена (гипс, алебастр). После отвердевания снимается. Это матрица. Затем её смазывают разделительным слоем и выкладывают ткань. Ткань может быть предварительно пропитанной, а может пропитываться кистью или поливом непосредственно в матрице. Затем ткань прокатывается валиками — для уплотнения и удаления пузырьков воздуха. Затем полимеризация (если отвердитель горячего отверждения, то в печи, если нет, то при комнатной температуре — 25 °C). Затем бампер снимается, если надо — шлифуется и красится.
  • Вакуумная инфузия. На подготовленную матрицу выкладывается углеродная ткань (без пропитки), далее выкладываются технологические слои для равномерного распространения связующего. Под технологический пакет подаётся разрежение. После этого открывается клапан подачи связующего и оно, под действием вакуума заполняет пустоты и пропитывает углеродную ткань.
  • Вакуумное формование. Это изменение формы плоских заготовок (листов или плёнок) из термопластичного полимерного материала при повышенных температурах и воздействии вакуума в объёмные формованные изделия. За счёт относительно невысокой стоимости технологической оснастки, данная технология оказывается крайне привлекательной при изготовлении партий изделий от 10 до 5000 шт.,  а иногда и до 30.000 шт.
  • Пултрузия. Технология изготовления высоконаполненных волокном композиционных деталей с постоянной поперечной структурой. В настоящее время активно используется в производстве полимерных композиционных материалов, например для производства углеродных ламелей (пластин).
  • Намотка. Суть технологии заключается в непрерывном наматывании предварительно пропитанного ровинга/ов (стеклянного, углеродного, базальтового, комбинированного) или ленты на предварительно подготовленную форму – мандрель. После намотки необходимого количества слоёв, мандрель с намотанными слоями помещается в нагревательную печь для дальнейшей полимеризации.
  • RTM. Сухой армирующий материал укладывается между двух частей герметично закрытой жёсткой оснастки. Связующее низкой вязкости подаётся под давлением в пресс-форму, вытесняя воздух в сторону дренажных каналов до тех пор, пока форма не будет полностью заполнена. Пресс-формы для этой технологии, как правило, изготавливаются из метала с низким КЛТР. Данная технология хорошо подходит для мелкосерийного и серий средних объёмов от 500 до 2 0000 изделий в год.
  • LFI. Технология LFI (Long Fiber Injection — длинноволоконная инжекция) была разработана немецкой фирмой Krauss Maffei в 1995 году. Характеристика производства: инжекция длинного волокна, процесс используемый для производства компонентов интерьера и экстерьера автомобилей, конструкция которых имеет сложную форму, крупные габариты и окрашенную поверхность класса А. В этом процессе рубленное волокно из ассемблированного ровинга, напыляется в форму (матрицу) с контролируемой температурой. В это же время смешивается жидкий изоцианат и полиол, подаётся совместно с рубленым волокном в матрицу. Все эти компоненты напыляются в форму (матрицу), форма смыкается и заполняются путём расширения полиуретановой пены в результате химической реакции введённых компонентов. Несколько минут спустя, полимеризация закончена и изделие может быть извлечено из матрицы.
  • SMC/BMC. Материал нарезается, в соответствии со схемой раскроя, и переносится в пресс-форму, нагретую до рабочей температуры. Пресс-форма смыкается, в результате чего под давлением материал растекается в полости формы и отверждается. В конце цикла изделие извлекается из пресс-формы, и производится его окончательная механическая обработка и окраска (если это необходимо).

Трубы и иные цилиндрические изделия производят намоткой. Форма волокна: нить, лента, ткань. Смола: эпоксидная или полиэфирная. Возможно изготовление форм из углепластика в домашних условиях, при наличии опыта и оборудования.

Применение[править | править код]

Углепластики широко используются при изготовлении лёгких, но прочных деталей, заменяя собой металлы, во многих изделиях от частей космических кораблей до удочек, среди которых:

  • ракетно-космическая техника;
  • авиатехника (самолётостроение, вертолётостроение (например, несущие винты));
  • судостроение (корабли, спортивное судостроение);
  • автомобилестроение (спортивные автомобили (например, бамперы, пороги, двери, крышки капотов), мотоциклы, прототипы MotoGP, болиды Формулы 1 (кокпиты и обтекатели), а также при оформлении салонов;
  • наука и исследования;
  • усиление железобетонных конструкций;
  • спортивный инвентарь (роликовые коньки, велосипеды, футбольные бутсы, хоккейные клюшки, лыжи, лыжные палки и ботинки, ракетки для тенниса, основания для настольного тенниса, лезвия коньков, стрелы, оборудование виндсерфинга, моноласты), вёсла;
  • медицинская техника;
  • протезостроение
  • рыболовные снасти (удилища);
  • профессиональные фото- и видеоштативы;
  • бытовая техника (отделка корпусов телефонов, ноутбуков, рукояти складных ножей и пр.);
  • моделизм;
  • музыкальные инструменты (струны);
  • изготовление индивидуальных супинаторов (особенно для спорта);
  • инструменты рукоделия (вязальные спицы);
  • карбон слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских и широкодиапазонных гамма-детекторов (через которые излучение проникает в детектор).

Полимеры, усиленные углеродными нанотрубками (CNRP)[править | править код]

Углеродные нанотрубки, как основа углепластика в несколько раз прочнее, гибче чем резина и даже легче чем O2. Материал сильно отличается от обычного углеродного волокна. Такой вид углепластика применён, в частности, в конструкции самолёта Lockheed Martin F-35 Lightning II.

ru.wikipedia.org

Что такое углеволокно?

Прежде чем Вы сможете понять, как углеродное волокно может помочь решить нефтяной кризис, Вам необходимо понять, что это такое. Углеволокно или «углеродное волокно» или по-простому «карбон» (точнее, карбоновое волокно) — это суперпрочный материал и одновременно очень лёгкий материал. Инженеры и дизайнеры очень его любят, поскольку он аж в пять раз прочнее стали и в два раза жёстче, но весит примерно на две трети меньше. Углеродное волокно — это, в основном, очень тонкие нити углерода — настолько тонкие, что они тоньше даже, чем человеческий волос. При этом, нити углеволокна могут быть скручены вместе, словно пряжа, как ткань. Останется только придать карбону постоянную форму, и делается это с помощью пластика или жёсткой смолы (вроде того как бы Вы сделали что-то из папье-маше, придавая ему форму).

Большинство автомобильных компонентов изготовлено из стали. Замена стальных деталей кузова на углеволокно снизило бы вес большинства автомобиля максимум на 60 процентов. А 60-процентное падение в весе, в свою очередь, снизило бы расход топлива машины на целых 30% и, соответственно, сократило бы выбросы парниковых газов и другие на 10-20% (по данным Oak Ridge National Laboratory). На самом деле, в глобальных масштабах это была бы огромная экономия топлива, даже несмотря на то, что двигатель автомобиля оставался бы чугунно-стальным/алюминиевым. Снижение веса автомобиля вкупе с повышением эффективности использования топлива с учётом развития различных видов двигателей — вот как современный карбон может решить нефтяной кризис.

Но подождите! Если углеволокно, действительно, настолько полезно, то почему оно не так широко применяется в автомобилях на сегодняшний день?

Насколько безопасно углеволокно?

Безопасность является серьёзной проблемой для покупателей автомобилей. Автомобиль, который получает расходует на 30% меньше топлива, безусловно, очень и очень хорошо, но он не принесёт Вам много хорошего, если не поможет спасти Вашу жизнь в аварии. Хорошей новостью является то, что углеродное волокно так же безопасно, как и сталь. Моделирования краш-тестов и реальные краш-тесты показывают, что карбоновые автомобили так же хорошо сохраняются при ДТП, как и стальные автомобили. На самом деле, почти все гоночные автомобили Формулы Один выполнены из углеродного волокна, что подтверждает безопасность этого материала.

Минусы углеволокна

Если вернуться из будущего в настоящее, то Вы можете заметить, что сегодня очень редкий автомобиль на самом деле построен из карбона. По правде говоря, всего несколько десятков моделей машин, использующих углеволокно, доступны для продажи. Среди них BMW M6, где небольшие панели углеродного волокна применены для защиты кузова, Chevrolet Corvette ZR1 и Ford GT. Audi R8 также включает в себя некоторые детали из карбона.

Что общего имеют эти автомобили? Правильно, они стоят много денег — порядка нескольких миллионов рублей. Сегодня можно редко увидеть автомобиль из углеродного волокна, потому что это дорого! 15 лет назад углеродное волокно стоило около $300 за килограмм. Сейчас цена составляет около $20 за кило. Сталь, с другой стороны, стоит меньше, чем 20 рублей за килограмм (речь не о ломе чёрного металла, конечно, а о высококачественной стали для изготовления авто). Многие аналитики говорят, что для того, чтобы углеволокно стало широко использоваться в автомобилестроении, нужно, чтобы сделать его цена опустилась хотя бы примерно до 1 доллара за килограмм. Стоимость является основным препятствием, которое углеродного волокну ещё предстоит преодолеть, прежде чем оно сможет обеспечить жизнеспособное решение для энергетики в автомобилестроении.

Второе препятствие — это утилизация отходов. Что происходит, когда типичный автомобиль стареет и, таким образом, приходит в негодность — ржавеет? Верно, его сталь может быть расплавлена и использована для производства другого автомобиля (или здания или чего-нибудь ещё). Углеволокно, в свою очередь, не может быть расплавлено, и пока никто не придумал, где можно использовать вторичное сырьё из него. После переработки утилизированное углеволокно не так прочно, как это было до переработки. Таким образом, большее число машин, использующих карбон, позволит сэкономить много нефти, но это также может генерировать много отходов.

На фоне таких недостатков углеволокна производители автомобилей смотрят и на другие материалы, чтобы сделать автомобили легче. И один из таких материалов — алюминий. Хотя алюминий не так прочен, как сталь, он всё же гораздо легче. Что делает его хорошим материалом для некоторых компонентов автомобиля, в том числе деталей двигателя и некоторых узлов шасси машины. Так как алюминий не очень прочен, его нельзя применять везде, где сегодня используется сталь, но его низкая стоимость и лёгкий вес позволяют ему довольно широко распространиться в современных автомобилях. Но ещё у алюминия есть свой существенный недостаток — он «устаёт»; это означает, что в алюминии (как и в любом другом металле) появляются микротрещины, которые со временем под нагрузкой разрастаются, и приводят попросту к перелому детали (почитайте про недостатки алюминиевых рам велосипедов — Вы найдёте более подробную информацию о таком свойстве алюминия).

howcarworks.ru


Leave a Comment

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.