Di antara semua jenis plastik dan komposit yang dikembangkan oleh para ahli teknologi kimia, karbon (serat karbon) - bahan yang didasarkan pada benang karbon terbaik - menempati tempat khusus di dunia modern. Ini 75% lebih ringan dari besi dan 30% lebih ringan dari aluminium, namun memiliki kekuatan tarik empat kali lebih tinggi dari baja kualitas terbaik.
Benang karbonnya sendiri cukup rapuh, sehingga panel yang fleksibel dan elastis ditenun darinya. Dengan menambahkan komposisi polimer pengikat ke dalamnya, diperoleh plastik serat karbon, yang telah membuat revolusi nyata dalam olahraga, teknologi, dan banyak bidang aktivitas manusia lainnya.
Di jalan raya, di langit, dan di laut
Bidang penerapan serat karbon yang paling banyak dikenal adalah industri otomotif. Awalnya, kombinasi luar biasa antara kekuatan dan ringannya menarik perhatian para desainer mobil Formula 1, yang memungkinkan pengurangan bobot mobil balap secara signifikan. John Bernard, seorang insinyur di pabrikan mobil Inggris McLaren, pertama kali membuat bagian bodi serat karbon pada awal tahun 1980an. Hal ini memberikan peningkatan kecepatan yang begitu nyata hingga langsung membawa tim balap McLaren naik podium.
Namun, hak untuk menjadi yang tercepat sangatlah mahal karena semua bagian serat karbon sebenarnya dibuat dengan tangan. Kain karbon tenunan khusus diletakkan dalam cetakan tuang, kemudian disambung dengan senyawa polimer. Pada tahap akhir diproses pada suhu dan tekanan tinggi. Oleh karena itu, sejak lama, elemen bodi karbon hanya digunakan pada supercar dan model premium. Dan baru-baru ini diumumkan perilisan model serial dengan suku cadang serat karbon yang tersedia untuk khalayak luas. Dengan demikian, elemen serat karbon akan banyak terwakili pada struktur bodi BMW i3 baru. Dan pada hatchback Volkswagen Golf GTI VII versi baru, berkat kap dan atap serat karbon, bobot mobil dapat dikurangi hingga 200 kg sekaligus!
Bahan berbasis karbon semakin banyak digunakan dalam pembuatan pesawat terbang, dimana bahan tersebut mulai menggantikan aluminium dan titanium tradisional. Perancang pesawat yang bekerja di industri pertahanan adalah orang pertama yang menghargai prospek tersebut. Misalnya, pesawat tempur Su-47 dan T-50 terbaru Rusia menggunakan komponen serat karbon untuk sayap dan badan pesawat.
Karbon juga semakin banyak digunakan pada pesawat penumpang, yang dapat mengurangi konsumsi bahan bakar dan meningkatkan muatan. Jadi, di Boeing 787 Dreamliner, setidaknya 50% elemen badan pesawat terbuat dari bahan komposit berbasis karbon, sehingga konsumsi bahan bakar berkurang 20%. Untuk tujuan yang sama, pesawat penumpang terbesar, Airbus A380, dilengkapi dengan sayap yang 40% serat karbonnya. Dan badan pesawat jet bisnis modern Hawker 4000 hampir seluruhnya terbuat dari bahan ini!
Karbon juga tidak kalah aktif digunakan dalam pembuatan kapal. Alasan popularitasnya sama: rasio kekuatan terhadap berat yang unik, penting dalam kondisi laut yang keras. Selain itu, pembuat kapal menghargai ketahanan benturan dan ketahanan korosi dari material ini.
Seperti biasa, plastik yang diperkuat serat karbon menjadi yang pertama digunakan di sektor pertahanan. Komposit karbon digunakan untuk membuat elemen lambung kapal selam, karena bahan ini sangat mengurangi kebisingan dan memiliki efek siluman, membuat kapal “tidak terlihat” oleh radar musuh. Dan pada korvet tipe Visbi Swedia, lambung dan struktur atasnya terbuat dari komposit karbon menggunakan teknologi siluman. Bahan multi-layer digunakan dengan dasar PVC, yang ditutupi dengan kain tenun khusus yang terbuat dari untaian karbon. Masing-masing bundel tersebut menyerap dan menyebarkan gelombang radio dari radar, mencegah kapal tersebut terdeteksi.
Untuk kapal sipil, radar tembus pandang tidak diperlukan, tetapi ringan, kuat, dan kemampuan membuat suku cadang dari hampir semua konfigurasi ternyata sangat diminati. Paling sering, karbon digunakan dalam konstruksi kapal pesiar olahraga dan kesenangan, di mana karakteristik kecepatan penting.
Elemen kapal masa depan “dibentuk” dari kanvas serat karbon sesuai dengan model komputer, seolah-olah dari plastisin. Pertama, model dek dan lambung ukuran penuh dibuat dari plastik model khusus. Kemudian, dengan menggunakan pola-pola ini, panel-panel kain karbon direkatkan secara manual berlapis-lapis, disatukan dengan resin epoksi. Setelah kering, tubuh yang sudah jadi diampelas, dicat dan dipernis.
Namun, ada metode yang lebih modern. Misalnya, perusahaan Italia Lanulfi berhasil mengotomatiskan prosesnya hampir sepenuhnya. Dengan menggunakan pemodelan 3D, elemen struktur besar kapal dibagi menjadi bagian-bagian yang lebih kecil namun serasi. Berdasarkan model komputer, dengan menggunakan mesin yang dikendalikan komputer, dibuatlah alas yang berfungsi sebagai matriks untuk merekatkan bagian-bagian serat karbon. Pendekatan ini memungkinkan kami mencapai akurasi maksimum, yang sangat penting untuk kinerja kapal pesiar olahraga.
Karbon untuk semua orang
Karbon mulai semakin banyak digunakan dalam konstruksi. Menambahkan serat karbon ke beton membuatnya lebih tahan terhadap pengaruh luar. Faktanya, diperoleh monolit super kuat dengan permukaan yang sangat padat. Teknologi ini digunakan dalam pembangunan gedung pencakar langit dan bendungan, serta pembangunan terowongan.
Perlu disebutkan bahan untuk memperkuat, memperbaiki dan memulihkan permukaan beton bertulang - kanvas dan pelat khusus yang terbuat dari kain karbon (misalnya, Mapewrap atau Carboplate). Mereka memungkinkan Anda untuk memulihkan struktur sepenuhnya tanpa harus melakukan pengisian ulang yang mahal dan tidak selalu memungkinkan.
Bagi pengembang besar dan pembangun swasta, inovasi seperti penggunaan karbon dalam sistem plester untuk isolasi fasad merupakan hal yang menarik.
Referensi
“Menambahkan serat karbon kecil dengan diameter kurang dari 15 mikron ke komposisi penguat akan menghasilkan hasil yang sangat penting - peningkatan berkali-kali lipat dalam ketahanan benturan pada fasad,” kata Roman Ryazantsev, manajer proyek di CAPAROL, pakar di bidangnya. perlindungan dan isolasi termal fasad bangunan. “Secara khusus, aditif karbon dalam sistem plester CAPATECT Carbon (Caparol) memungkinkan fasad menahan benturan dengan energi hingga 60 Joule tanpa membahayakan - ini sepuluh kali lebih kuat daripada yang dapat ditahan oleh fasad plester versi konvensional.”
Jika pemilik pondok memutuskan untuk menggunakan sistem seperti itu untuk dekorasi eksterior rumahnya, ia tidak hanya akan mengurangi biaya pemanasan dan menyediakan iklim mikro yang menguntungkan di dalam ruangan, tetapi juga melindungi dinding dari pengaruh mekanis apa pun. Hujan es besar menghancurkan dinding vinil dan meninggalkan penyok pada plesteran pasir biasa. Angin kencang yang membawa puing-puing dan dahan pohon juga dapat merusak fasad. Namun finishing dengan penambahan serat karbon tidak akan meninggalkan bekas. Selain itu, dia tidak takut dengan pengaruh sehari-hari seperti dipukul dengan bola atau keping dalam permainan anak-anak.
“Biasanya, untuk melindungi bagian basement fasad dari kerusakan yang tidak disengaja, mereka menggunakan pelapis batu, misalnya periuk porselen,” kata Daniil Mazurov, kepala departemen penjualan grosir perusahaan konstruksi dan perdagangan Moskow PKK Interstroytekhnologii. – Namun untuk menyelesaikan ruang bawah tanah sebuah kompleks perumahan, yang saat ini sedang dibangun di selatan Moskow, kami memutuskan untuk mencoba sistem plester serat karbon. Dalam uji perbandingan, hasilnya menunjukkan hasil yang sangat mengesankan.”
Vadim Pashchenko, kepala departemen WDVS di departemen regional perusahaan CAPAROL Moskow, menyebutkan konsekuensi berharga lainnya dari penggunaan komponen penguat dengan serat karbon dalam sistem plester: fasad menjadi tahan terhadap deformasi suhu. Bagi arsitek dan pemilik rumah pribadi, ini berarti kebebasan penuh dalam berekspresi - Anda dapat mengecat dinding rumah dengan warna paling gelap dan jenuh. Dengan plester semen-pasir tradisional, eksperimen semacam itu bisa berakhir dengan menyedihkan. Permukaan dinding yang gelap memanas terlalu cepat di bawah sinar matahari, yang menyebabkan terbentuknya retakan pada lapisan pelindung dan dekoratif luar. Namun untuk sistem fasad dengan serat karbon, masalah seperti itu tidak ada.
Saat ini, pondok-pondok pribadi dan bangunan komersial, sekolah dan taman kanak-kanak, yang menonjol dari latar belakang umum, mulai bermunculan di seluruh Eropa, di mana karbon telah membantu memperoleh warna yang ekspresif dan kaya. Ketika pemilik rumah pribadi Rusia mulai bereksperimen dengan warna fasad, beralih dari warna pastel tradisional, teknologi inovatif ini menjadi diminati di negara kita.
Generasi Selanjutnya
Saat ini mustahil membayangkan industri teknologi tinggi mana pun tanpa karbon. Hal ini menjadi semakin mudah diakses oleh orang-orang biasa. Sekarang kita bisa membeli ski serat karbon, papan seluncur salju, sepatu bot gunung, alat pemintal dan sepeda, helm dan peralatan olahraga lainnya.
Namun bahan tersebut sudah digantikan oleh bahan generasi baru - tabung nano karbon, yang puluhan kali lebih kuat dari baja dan memiliki sejumlah sifat berharga lainnya.
Representasi skematis dari nanotube
Oleh karena itu, produsen pakaian Kanada Garrison Bespoke telah mengembangkan jas pria yang terbuat dari kain berbahan dasar karbon nanotube. Kain ini menghentikan peluru hingga kaliber .45 dan melindungi dari luka tusuk. Bahan ini juga 50% lebih ringan dibandingkan Kevlar, bahan sintetis yang digunakan untuk membuat pelindung tubuh. Pakaian seperti itu pasti akan menjadi mode di kalangan pengusaha dan politisi.
Salah satu aplikasi karbon nanotube yang paling fantastis adalah elevator ruang angkasa, yang memungkinkan kargo dikirim ke orbit tanpa peluncuran roket yang mahal dan berbahaya. Basisnya adalah kabel kuat yang direntangkan dari permukaan planet ke stasiun luar angkasa yang terletak di orbit geostasioner pada ketinggian 35 ribu km di atas bumi.
Ide ini dikemukakan oleh ilmuwan besar Rusia Konstantin Tsiolkovsky pada tahun 1895. Namun hingga saat ini proyek tersebut tampaknya tidak dapat dilaksanakan karena alasan teknis, karena belum diketahui bahan yang dapat digunakan untuk membuat kabel sekuat itu. Namun penemuan karbon nanotube pada awal tahun 1990an. memaksa kami untuk mempertimbangkan kembali batas-batas kemungkinan. Benang setebal milimeter yang ditenun dari tabung nano karbon mampu menahan beban kurang lebih 30 ton. Ini berarti bahwa perjalanan yang murah dan aman ke orbit dengan lift luar angkasa berubah dari plot fiksi ilmiah menjadi tugas praktis bagi para insinyur.
Diketahui bahwa indikator kuat tarik relatif terhadap beratnya sendiri yang dimiliki serat karbon merupakan pencapaian unik dari bahan tersebut dan membuka prospek cerah untuk digunakan dalam perekonomian nasional. Penggunaan karbon dalam konstruksi modern belum meluas, meskipun saat ini tidak sulit untuk membeli karbon. Namun metode penerapan yang sederhana dan andal menjanjikan akan bertahan lama.
Fiber Karbon
Produksi pertama serat karbon melalui pirolisis serat viscose dan digunakan untuk filamen pijar dipatenkan oleh Edison pada akhir abad ke-18.
Peningkatan minat terhadap serat muncul pada abad ke-20 sebagai hasil dari pencarian bahan untuk komponen komposit dalam pembuatan mesin roket dan pesawat terbang.
Dalam hal kualitasnya: tahan panas dan sifat insulasi termal, serta ketahanan terhadap korosi, serat karbon tidak ada bandingannya.
Karakteristik sampel serat poliakrilonitril (PAN) pertama tergolong rendah, namun kemajuan teknologi memungkinkan diperolehnya serat hidrokarbon dengan kekuatan serat karbon 2070 MPa dan modulus elastisitas 480 GPa.
Saat ini, serat karbon atau serat karbon memiliki beragam kegunaan dalam konstruksi:
- untuk sistem penguatan eksternal
- untuk perbaikan struktur penahan beban gudang dan jembatan, bangunan industri dan perumahan.
Penggunaan produk serat karbon memungkinkan pelaksanaan kegiatan konstruksi, dibandingkan dengan metode rekonstruksi atau perkuatan yang ada, dengan cepat dan efisien.
Namun cerita tentang pencapaian serat karbon tidak akan lengkap tanpa menyebutkan penggunaannya dalam pembuatan suku cadang pesawat terbang.
Prestasi pabrikan pesawat dalam negeri memberikan persaingan sehat bagi Mitsubishi Heavy Industries yang memproduksi suku cadang Boeing 787.
Produksi produk dari bahan polimer
Bahan polimer - karbon adalah benang berserat tipis ø dari 5 hingga 15 mikron, dibentuk oleh atom karbon dan digabungkan menjadi mikrokristal. Penyelarasan selama orientasi kristallah yang memberikan kekuatan dan pemanjangan benang yang baik, berat jenis dan koefisien muai panas yang rendah, serta kelembaman kimia.
Proses produksi untuk memproduksi serat PAN melibatkan teknologi autoklaf dan impregnasi selanjutnya untuk penguatan dengan resin. Serat karbon dimasukkan dengan plastik (prepreg) dan dimasukkan dengan plastik cair, memperkuat untaian serat di bawah tekanan.
Menurut ciri fisiknya, serat karbon dibagi menjadi beberapa jenis:
- serat karbon berkekuatan tinggi (komposisi 12.000 serat kontinu)
- serat karbon terkarbonisasi tujuan umum(benang yang dipilin dari 2 serat atau lebih dengan panjang hingga 100 mm).
Struktur serat karbon yang diperkuat dengan produk yang terbuat dari bahan tersebut mengurangi berat struktur sebesar 30%, dan kelembaman kimia memungkinkan penggunaan kain karbon saat memurnikan cairan dan gas agresif dari kotoran sebagai filter.
Produksi serat karbon disajikan dalam video ini.
Rangkaian produk serat karbon
kain karbon
Produk utama berbahan serat karbon modulus tinggi adalah kain karbon dengan ketebalan 1,6 - 5,0 mm, memiliki struktur tenunan polos dengan kepadatan 520 hingga 560 g/m².
Kain karbon, yang memiliki koefisien muai linier nol, sangat tahan terhadap deformasi dan korosi.
Ciri-ciri kain karbon standar adalah:
Parameter kain karbon adalah:
- lebar bilah 1000-2000mm
- kandungan karbon 98,5%
- kepadatan 100-640 g/m2
- ketebalan 0,25-0,30 mm.
Selain kain karbon, produk utama serat modulus tinggi adalah pita perekat dan tali.
Ada beberapa jenis kain tenun karbon berikut, yang sampai batas tertentu mempengaruhi mobilitas produk:
- linen tenunan yang dibuat dengan menjalin setiap benang lusi dengan 1/1 benang pakan, sehingga menghasilkan kekuatan dan pergerakan kain yang lebih baik
- satin tenunan di mana satu benang pakan menjalin 4-5 benang lusi, sehingga mengurangi kemungkinan kain terlalu tertekuk
- kain kepar tenunan yang jumlah benang lusinya ditutupi oleh jumlah benang pakan yang sama.
Contoh kemungkinan tenunan kepar adalah kain karbon multiwarna. Kain karbon multi-warna berhasil digunakan untuk membuat pakaian Kevlar dan benda-benda yang higroskopis dan mampu bertukar udara. Kevlar, terbuat dari benang teknis dengan kepadatan dan struktur berbeda, telah mulai digunakan dalam industri otomotif dan militer, menggantikan fiberglass dan baja.
Keunggulan karbon terlihat jelas pada produk yang terbuat dari serat karbon berkarbonisasi.
produk serat karbonisasi
Kisaran produk serat karbonisasi lebih luas dan diwakili oleh:
- kain karbon berkarbonisasi RK-300 (pengganti fiberglass)
- kain dengan lapisan aluminium satu sisi RK-300AF (peningkatan sifat karena pelindung termal memungkinkan penggunaan karbon sebagai bahan gulungan insulasi panas)
- kain konstruksi karbon 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k
- pita dan kabel berkarbonisasi.
Kanvas tenunan yang terbuat dari karbon atau serat karbonisasi memiliki fungsi penguatan yang sangat baik, apa pun jenis pengisinya.
Selain itu, layar yang menyerap EMR, termokopel dan elektroda, serta produk rekayasa radio dibuat menggunakan serat berkarbonisasi.
produksi kolam renang dengan penguat karbon
Saat memproduksi kolam renang dengan perkuatan serat karbon, teknologinya meliputi tahap penambahan perkuatan serat karbon, kayu balsa, dan karet busa pada lapisan keramik. Dasar pembuatan rangka ganda mangkuk kolam renang dengan tulangan karbon adalah diagram beban yang dibangun dan tegangan yang diizinkan pada material.
Mari kita simpulkan bahwa semakin populernya penggunaan serat karbon di masa depan akan mampu menyingkirkan bahan penguat dari pasaran.
Plastik yang diperkuat serat karbon adalah material komposit yang berbahan dasar serat karbon dan pengikat polimer, dimana berbagai jenis serat karbon dan bahan berserat digunakan untuk penguat.
Produksi plastik yang diperkuat serat karbon
Metode dasar untuk memproduksi komposit yang diperkuat serat karbon umum dilakukan pada bahan berserat. Plastik yang diperkuat serat karbon biasanya diproduksi dari prepreg yang telah disiapkan dengan menggunakan metode pengepresan, pultrusi, peletakan, dilanjutkan dengan pengepresan. Serat karbon dicirikan oleh kerapuhan yang tinggi, sehingga memerlukan kehati-hatian saat memprosesnya menjadi plastik yang diperkuat serat karbon: perlu dilakukan pengepresan pada tekanan tinggi, dan juga untuk menghindari tikungan tajam pada pengisi penguat.
Untuk kemudahan penggunaan, premix, prepreg, dan serat tekan diproduksi berdasarkan serat karbon dan grafit serta resin polimer, mis. bahan yang mengandung sejumlah pengisi penguat dan matriks polimer, disiapkan untuk pembuatan suku cadang dan produk.
Pengikat yang paling umum digunakan adalah resin termoset - epoksi, fenolik, polimida, yang memberikan daya rekat tinggi dan penerapan sifat mekanik serat karbon tingkat tinggi, serta termoplastik tahan panas: poliamida aromatik, polisulfon, polikarbonat. Penggunaan termoplastik dengan titik leleh rendah seperti poliolefin dan poliamida alifatik tidak disarankan, karena tidak memungkinkan banyak sifat pengisi karbon terwujud.
Plastik yang diperkuat serat karbon berkekuatan tinggi dan modulus tinggi terbuat dari jenis benang, untaian, dan pita karbon yang sesuai dengan karakteristik mekanis tinggi. Untuk implementasi paling lengkap dari sifat mekanik pengisi karbon, sebagian besar digunakan pelapisan searah dan silang.
Sifat serat karbon
Komposisi plastik yang diperkuat serat karbon ditentukan oleh persyaratan produk yang dibuat darinya. Plastik karbon berbahan dasar serat berkarbonisasi atau grafit meliputi: bahan pengepres berbahan dasar karbon (biasanya berkarbonisasi) bahan bukan tenunan dan serat potong; textolite karbon berdasarkan kain karbon (berkarbonisasi) dan grafit; plastik karbon berkekuatan tinggi dan modulus tinggi berdasarkan benang karbon (grafit), pita, bundel dalam bentuk profil, produk luka, lembaran.
Serat grafit dan bahan berserat memiliki sifat mekanik dan termal yang lebih tinggi, namun harganya cukup mahal.
Sifat mekanik plastik yang diperkuat serat karbon dalam arah penguatan sebagian besar ditentukan oleh sifat serat penguat dan lokasinya; pada tingkat yang lebih rendah, sifat mekanik tersebut bergantung pada bahan pengikat. Karakteristik suhu plastik yang diperkuat serat karbon ditentukan terutama oleh sifat pengikatnya.
Bahan karbon-karbon dapat dioperasikan pada suhu tinggi, dan dalam lingkungan inert - hingga 2500°C.
Penerapan papan serat karbon
Bahan pengepres karbon dan textolite digunakan untuk pembuatan berbagai bagian, sebagai anti gesekan, tahan bahan kimia, dll. Bahan tersebut digunakan, khususnya, untuk membuat cangkang bantalan. Berdasarkan serat tekan dan prepreg karbon lembaran dengan matriks fenolik dan tahan bahan kimia lainnya, bagian pompa, alat kelengkapan, penukar panas, dan pelapis tahan bahan kimia komposit pada produk logam (paling sering wadah dan peralatan kimia lainnya) diproduksi. Plastik yang diperkuat serat karbon juga digunakan untuk menggantikan bahan berbasis asbes (phaolite) yang sebelumnya digunakan.
Plastik karbon berdasarkan pengikat fenolik dan polimida, serta bahan karbon-karbon, digunakan sebagai produk dan pelapis struktural yang sangat tahan panas. Pemilihan bahan pengikat ini karena selama karbonisasi berubah menjadi kokas dengan hasil karbon yang tinggi, sekaligus membentuk matriks karbon yang cukup kuat.
Plastik yang diperkuat serat karbon berkekuatan tinggi dan modulus tinggi, serta laminasi serat karbon, digunakan untuk pembuatan suku cadang dan produk paling penting dalam pesawat terbang, kapal laut, kendaraan lain, peralatan medis, produk olahraga, dan prostetik.
Termoplastik yang mengandung serat karbon hingga 2-3% digunakan sebagai bahan antistatis. Efisiensi penggunaan serat karbon sebagai pengisi jauh lebih tinggi dibandingkan aditif karbon hitam tradisional, karena serat membentuk “jaring” konduktif listrik pada bahan dengan kandungan yang jauh lebih rendah.
Bahan karbon juga memiliki kegunaan medis: organisme hidup tidak menolaknya. Oleh karena itu, jika Anda mengikat tulang yang patah dengan peniti berbahan serat karbon, dan mengganti tendon yang rusak dengan pita karbon yang ringan dan kuat, maka tubuh tidak akan menganggap bahan tersebut sebagai benda asing.
Area penerapan serat karbon dan serat karbon berikut dapat dibedakan:
Peroketan, manufaktur pesawat terbang (manufaktur pesawat terbang, manufaktur helikopter, pesawat kecil);
Pembuatan kapal (kapal perang, pembuatan kapal olah raga);
Industri otomotif (mobil sport, sepeda motor, tuning);
Perlengkapan olah raga (sepeda, raket tenis, pancing);
Produk khusus (bilah turbin angin, dll.).
Fiber Karbon- bahan yang terdiri dari benang tipis dengan diameter 3 hingga 15 mikron, sebagian besar dibentuk oleh atom karbon. Atom karbon disusun menjadi kristal mikroskopis yang sejajar satu sama lain. Penyelarasan kristal memberikan kekuatan tarik yang lebih besar pada serat. Serat karbon dicirikan oleh kekuatan tarik yang tinggi, berat jenis yang rendah, koefisien muai panas yang rendah, dan kelembaman kimia.
Produksi serat karbon di Rusia dilakukan oleh perusahaan Composite-Fiber LLC, yang merupakan bagian dari holding Composite.
Serat karbon adalah dasar produksinya (atau, plastik karbon, dari “karbon”, “karbon” - karbon). Plastik yang diperkuat serat karbon adalah bahan komposit polimer yang terbuat dari jalinan untaian serat karbon yang terletak dalam matriks resin polimer (biasanya epoksi).
Material komposit karbon dicirikan oleh kekuatan tinggi, kekakuan dan bobot rendah, seringkali lebih kuat dari baja, tetapi jauh lebih ringan.
Produksi bahan polimer
Tawaran kami
Produksi bahan polimer membutuhkan banyak pengalaman. Untuk mencapai standar kualitas yang diterima, tidak hanya diperlukan karyawan yang berkualitas, tetapi juga teknologi yang mapan untuk memproduksi produk. Oleh karena itu, semua yang disajikan berkualitas tinggi, menjamin pencapaian tujuannya, dan mendapat ulasan positif secara berkala.
Di katalog Anda dapat memilih produk untuk area berikut:
- teknik Mesin;
- industri luar angkasa dan penerbangan;
- energi angin;
- konstruksi;
- Peralatan olahraga;
- Barang konsumsi umum
Apakah kita produksi produk dari bahan polimer dapat memberi Anda jumlah produk yang Anda butuhkan. Tidak ada batasan volume pesanan. Pada saat yang sama, Anda dapat mengandalkan konsultasi penuh dari para profesional dan penyelesaian tugas yang diberikan dengan cepat. Produksi bahan polimer di Rusia, yang kami lakukan, memungkinkan untuk membeli item katalog yang diperlukan melalui sistem grosir. Jelajahi katalog kami, dan jika Anda masih memiliki pertanyaan, jangan tunda lagi nanti dan hubungi layanan dukungan kami sekarang juga.
Mengapa harga serat karbon begitu tinggi?
Konsumsi energi yang tinggi adalah alasan utama tingginya harga serat karbon. Namun, hal ini terbayar dengan hasil yang mengesankan. Saya bahkan tidak percaya bahwa semuanya dimulai dengan bahan “lembut dan halus” yang terkandung dalam benda-benda biasa dan tidak hanya diketahui oleh karyawan laboratorium kimia. Serat putih - yang disebut kopolimer poliakrilonitril - banyak digunakan dalam industri tekstil. Mereka adalah bagian dari kain pakaian, jas dan rajutan, karpet, terpal, bahan pelapis dan filter. Dengan kata lain, kopolimer poliakrilonitril terdapat dimanapun serat akrilik disebutkan pada label yang menyertainya. Beberapa di antaranya “berfungsi” sebagai plastik. Yang paling umum di antara ini adalah plastik ABS. Jadi ternyata karbon punya banyak “sepupu”. Benang karbon memiliki kekuatan tarik yang mengesankan, namun kemampuannya untuk “menerima pukulan” saat menekuk masih kurang. Oleh karena itu, untuk kekuatan produk yang sama, lebih baik menggunakan kain. Serat-serat yang disusun dalam urutan tertentu “saling membantu” mengatasi beban. kekurangan keuntungan ini. Namun, dengan menentukan orientasi lapisan yang berbeda, dimungkinkan untuk mencapai kekuatan yang diperlukan dalam arah yang diinginkan, menghemat massa bagian secara signifikan dan tidak memperkuat tempat-tempat yang tidak penting secara tidak perlu.
Apa itu kain karbon?
Untuk pembuatan komponen karbon, digunakan baik serat karbon sederhana dengan benang acak yang memenuhi seluruh volume bahan, maupun kain (Carbon Fabric). Ada puluhan jenis tenun. Yang paling umum adalah Polos, Twill, Satin. Kadang-kadang penenunannya bersyarat - pita dari serat yang terletak memanjang “diambil” dengan jahitan melintang yang jarang agar tidak berantakan. Kepadatan kain, atau berat jenis, dinyatakan dalam g/m2, selain jenis tenun, bergantung pada ketebalan serat, yang ditentukan oleh jumlah serat karbon. Karakteristik ini merupakan kelipatan seribu. Jadi, singkatan 1K berarti seribu benang dalam satu serat. Kain yang paling umum digunakan dalam olahraga motor dan tuning adalah kain tenun Polos dan Twill dengan kepadatan 150–600 g/m2, dengan ketebalan serat 1K, 2,5K, 3K, 6K, 12K dan 24K. Kain 12K juga banyak digunakan pada produk militer (lambung dan kepala rudal balistik, baling-baling helikopter dan kapal selam, dll.), yaitu bagian-bagian yang mengalami beban sangat besar.
Apakah ada karbon berwarna? Apakah ada karbon kuning?
Anda sering mendengar dari produsen suku cadang tuning dan, sebagai hasilnya, dari pelanggan tentang karbon “perak” atau “berwarna”. Warna "perak" atau "aluminium" hanyalah cat atau lapisan logam pada fiberglass. Dan tidak pantas menyebut bahan seperti itu karbon - itu adalah fiberglass. Sungguh menggembirakan bahwa ide-ide baru terus bermunculan di bidang ini, namun karakteristik kaca tidak dapat dibandingkan dengan batubara karbon. Kain berwarna paling sering dibuat dari Kevlar. Meskipun beberapa produsen juga menggunakan fiberglass di sini; Bahkan ada viscose dan polietilen yang diwarnai. Saat mencoba menghemat uang dengan mengganti Kevlar dengan benang polimer yang disebutkan, daya rekat produk tersebut ke resin memburuk. Tidak ada keraguan tentang daya tahan produk dengan kain seperti itu. Perhatikan bahwa Kevlar, Nomex dan Tvaron adalah merek polimer milik Amerika. Nama ilmiahnya adalah “aramid”. Ini adalah kerabat nilon dan nilon. Rusia memiliki analognya sendiri - SVM, Rusar, Terlon SB dan Armos. Namun, seperti yang sering terjadi, nama yang paling "dipromosikan" - "Kevlar" - telah menjadi nama rumah tangga untuk semua bahan.
Apa itu Kevlar dan apa saja sifat-sifatnya?
Dalam hal sifat berat, kekuatan dan suhu, Kevlar lebih rendah daripada serat karbon. Kemampuan Kevlar dalam menahan beban lentur jauh lebih tinggi. Inilah sebabnya mengapa munculnya kain hibrida dikaitkan, yang mengandung karbon dan Kevlar kira-kira sama. Bagian dengan serat karbon-aramid merasakan deformasi elastis lebih baik daripada produk karbon. Namun, mereka juga mempunyai kelemahan. Komposit karbon-Kevlar kurang tahan lama. Selain itu, lebih berat dan “takut” terhadap air. Serat aramid cenderung menyerap kelembapan, yang memengaruhi serat itu sendiri dan sebagian besar resin. Intinya bukan hanya bahwa "epoksi" secara bertahap dihancurkan oleh larutan air-garam pada tingkat kimia. Pemanasan dan pendinginan, dan umumnya pembekuan di musim dingin, air secara mekanis mengendurkan material bagian dari dalam. Dan dua komentar lagi. Kevlar terdegradasi ketika terkena sinar ultraviolet, dan bahan cetakan di dalam resin kehilangan beberapa sifat indahnya. Ketahanan sobek dan potong yang tinggi membedakan kain Kevlar hanya dalam bentuknya yang “kering”. Oleh karena itu, aramids menunjukkan sifat terbaiknya di area lain. Tikar yang dijahit dari beberapa lapisan bahan tersebut merupakan komponen utama untuk produksi pelindung tubuh ringan dan perlengkapan keselamatan lainnya. Benang Kevlar digunakan untuk menenun tali kapal yang tipis dan kuat, membuat tali pada ban, dan menggunakannya pada sabuk penggerak mesin dan sabuk pengaman pada mobil.
Apakah mungkin untuk menutupi bagian tersebut dengan serat karbon?
Keinginan yang tak tertahankan untuk memiliki bagian kotak-kotak hitam-hitam atau hitam-warna di mobil Anda telah menyebabkan munculnya pengganti serat karbon yang aneh. Toko penyetelan menutupi panel interior kayu dan plastik dengan kain karbon dan mengisinya dengan lapisan pernis yang tak terhitung jumlahnya, dengan pengamplasan di antaranya. Setiap bagian membutuhkan berkilo-kilogram bahan dan banyak waktu pengerjaan. Kita dapat mengagumi kerja keras para master, tetapi jalan ini tidak membawa hasil apa pun. “Perhiasan” yang dibuat dengan teknik ini terkadang tidak tahan terhadap perubahan suhu. Seiring waktu, jaringan retakan muncul dan bagian-bagiannya mengelupas. Suku cadang baru enggan dipasang di tempat aslinya karena ketebalan lapisan pernis yang besar.
Bagaimana produk karbon dan/atau komposit dibuat?
Teknologi produksinya didasarkan pada karakteristik resin yang digunakan. Ada banyak sekali senyawa, demikian sebutan yang tepat untuk resin. Poliester dan resin epoksi yang diawetkan dengan dingin adalah yang paling umum di antara produsen body kit fiberglass, tetapi mereka tidak dapat sepenuhnya mengungkapkan semua keunggulan serat karbon. Pertama-tama, karena lemahnya kekuatan senyawa pengikat tersebut. Ditambah dengan ketahanan yang buruk terhadap suhu tinggi dan sinar ultraviolet, maka prospek penggunaan merek paling umum sangat diragukan. Tudung karbon yang terbuat dari bahan tersebut akan memiliki waktu untuk menguning dan kehilangan bentuknya dalam satu bulan musim panas. Ngomong-ngomong, resin "panas" tidak menyukai radiasi ultraviolet, oleh karena itu, demi keamanan, bagian-bagiannya harus dilapisi setidaknya dengan pernis otomotif transparan.
Senyawa pengerasan dingin.
Teknologi “dingin” untuk produksi skala kecil suku cadang dengan tingkat kritis rendah tidak memungkinkan pengembangan, karena teknologi tersebut juga memiliki kelemahan serius lainnya. Metode vakum untuk pembuatan komposit (resin dimasukkan ke dalam matriks tertutup tempat udara dievakuasi) memerlukan persiapan peralatan yang lama. Ditambah lagi dengan pencampuran komponen resin, yang “membunuh” banyak waktu, yang juga tidak berkontribusi pada produktivitas. Tidak ada gunanya membicarakan perekatan tangan sama sekali. Metode penyemprotan serat cincang ke dalam matriks tidak memungkinkan penggunaan kain. Sebenarnya semuanya identik dengan produksi fiberglass. Hanya saja yang digunakan adalah batu bara sebagai pengganti kaca. Bahkan proses yang paling otomatis, yang juga memungkinkan pengerjaan dengan resin suhu tinggi (metode penggulungan), cocok untuk daftar bagian tertutup yang sempit dan memerlukan peralatan yang sangat mahal.
Resin epoksi yang diawetkan dengan panas lebih kuat, sehingga kualitasnya terlihat sepenuhnya. Untuk beberapa resin “panas”, mekanisme polimerisasi pada suhu “ruangan” dimulai dengan sangat lambat. Inilah yang menjadi dasar teknologi prepreg, yang melibatkan pengaplikasian resin jadi ke serat karbon jauh sebelum proses pencetakan. Bahan-bahan yang sudah disiapkan tinggal menunggu di sayap gudang.
Tergantung pada merek resinnya, waktu keadaan cair biasanya berlangsung dari beberapa jam hingga beberapa minggu. Untuk memperpanjang umur pot, prepreg yang sudah disiapkan terkadang disimpan di lemari es. Beberapa merek resin “hidup” selama bertahun-tahun dalam bentuk jadi. Sebelum menambahkan pengeras, resin dipanaskan hingga 50–60 C, setelah itu, setelah dicampur, diaplikasikan pada kain menggunakan peralatan khusus. Kemudian kain dilapisi dengan film plastik, digulung dan didinginkan hingga suhu 20–25 C. Dalam bentuk ini bahan akan disimpan dalam waktu yang sangat lama. Selain itu, resin yang didinginkan mengering dan praktis tidak terlihat di permukaan kain. Langsung selama pembuatan bagian, pengikat yang dipanaskan menjadi cair seperti air, sehingga menyebar, mengisi seluruh volume cetakan kerja dan mempercepat proses polimerisasi.
Senyawa pengerasan panas.
Ada berbagai macam senyawa “panas”, yang masing-masing memiliki suhu dan waktu pengeringan tersendiri. Biasanya, semakin tinggi pembacaan termometer yang diperlukan selama proses pencetakan, semakin kuat dan tahan panas produk jadinya. Berdasarkan kemampuan peralatan yang tersedia dan karakteristik produk akhir yang diperlukan, Anda tidak hanya dapat memilih resin yang sesuai, tetapi juga membuatnya sesuai pesanan. Beberapa pabrikan dalam negeri menawarkan layanan ini. Tentu saja, tidak gratis.
Prepreg cocok untuk produksi karbon dalam autoklaf. Sebelum dimasukkan ke dalam ruang kerja, jumlah material yang dibutuhkan ditempatkan dengan hati-hati ke dalam matriks dan ditutup dengan kantong vakum pada spacer khusus. Penempatan semua komponen yang benar sangat penting, jika tidak, lipatan yang tidak diinginkan yang terbentuk di bawah tekanan tidak dapat dihindari. Tidak mungkin memperbaiki kesalahan tersebut nanti. Jika persiapan dilakukan dengan bahan pengikat cair, maka ini akan menjadi ujian nyata bagi sistem saraf pekerja dengan prospek keberhasilan operasi yang tidak jelas.
Proses yang terjadi di dalam instalasi itu sederhana. Suhu tinggi melelehkan pengikat dan “menghidupkan” polimerisasi, kantong vakum menghilangkan udara dan resin berlebih, dan peningkatan tekanan di dalam ruangan menekan semua lapisan kain ke matriks. Dan semuanya terjadi pada waktu yang bersamaan.
Di satu sisi, ada beberapa keuntungan. Kekuatannya hampir maksimal; objek dengan bentuk paling rumit dibuat dalam sekali “duduk”. Matriksnya sendiri tidak terlalu besar, karena tekanan didistribusikan secara merata ke segala arah dan tidak melanggar geometri peralatan. Yang berarti persiapan proyek baru dengan cepat. Di sisi lain, pemanasan hingga beberapa ratus derajat dan tekanan, terkadang mencapai 20 atm, membuat autoklaf menjadi struktur yang sangat mahal. Tergantung pada dimensinya, harga peralatan berkisar antara beberapa ratus ribu hingga beberapa juta dolar. Ditambah lagi dengan konsumsi listrik yang tanpa ampun dan kompleksitas siklus produksi. Dampaknya adalah biaya produksi yang tinggi. Namun, ada teknologi yang lebih mahal dan lebih kompleks, yang hasilnya bahkan lebih mengesankan. Bahan komposit karbon-karbon (CCM) pada cakram rem pada mobil Formula 1 dan pada nozel mesin roket menahan beban yang sangat besar pada suhu pengoperasian mencapai 3000 C. Jenis karbon ini dihasilkan dengan membuat grafit resin termoset, yang diresapi dengan serat karbon terkompresi kosong. Pengoperasiannya agak mirip dengan produksi serat karbon itu sendiri, hanya saja terjadi pada tekanan 100 atmosfer. Ya, olahraga besar dan sektor luar angkasa militer mampu mengonsumsi barang-barang unik dengan harga selangit. Untuk penyetelan dan, khususnya, untuk produksi serial, rasio “harga-kualitas” seperti itu tidak dapat diterima.
Jika sebuah solusi ditemukan, solusinya akan tampak begitu sederhana sehingga Anda bertanya-tanya: “Apa yang menghentikan Anda dari memikirkannya sebelumnya?” Namun, ide untuk memisahkan proses yang terjadi dalam autoklaf muncul setelah penelitian bertahun-tahun. Beginilah teknologi muncul dan mulai mendapatkan momentum, membuat pencetakan karbon panas mirip dengan stamping. Prepreg disiapkan dalam bentuk sandwich. Setelah mengaplikasikan resin, kedua sisi kain ditutup dengan polietilen atau film yang lebih tahan panas. “Sandwich” dilewatkan di antara dua poros yang saling menempel. Dalam hal ini, kelebihan resin dan udara yang tidak diinginkan dihilangkan, dengan cara yang sama seperti saat memintal pakaian dalam a mesin cuci sampel dari tahun 1960an. Prepreg ditekan ke dalam matriks dengan pukulan, yang diperbaiki koneksi berulir. Selanjutnya, seluruh struktur ditempatkan di kabinet pemanas.
Perusahaan tuning membuat matriks dari serat karbon yang sama dan bahkan merek pualam yang tahan lama. Namun, cetakan pengerjaan plester berumur pendek, tetapi cukup mampu membuat beberapa produk. Matriks yang lebih “canggih” terbuat dari logam dan terkadang dilengkapi dengan elemen pemanas internal. Mereka optimal untuk produksi massal. Omong-omong, metode ini juga cocok untuk beberapa bagian dari bagian yang tertutup. Dalam hal ini, busa ringan tetap berada di dalam produk jadi. Sayap Mitsubishi Evo adalah contohnya.
Kekuatan mekanis membuat Anda berpikir tentang kekuatan peralatan, dan sistem pelubang matriks memerlukan pemodelan 3D atau pemodel kelas atas. Namun ini masih ratusan kali lebih murah dibandingkan teknologi autoklaf.
Alexei Romanov editor majalah "TUNING Cars"
Bagi banyak pecinta mobil, keinginan untuk menyetel mobilnya sudah menjadi obsesi tersendiri. Saya ingin mengubah “kuda besi” saya, menjadikannya lebih cerah, berbeda dari yang lain. Jadi, salah satu bidang penyetelan eksternal dan internal yang paling populer adalah penggunaan serat karbon. Namun bahannya apa, apa kelebihan dan kekurangannya, bagaimana cara penggunaannya. Mari kita lihat pertanyaan-pertanyaan ini lebih terinci.
Apa itu karbon dan apa bedanya dengan serat karbon?
Produksi material komposit yang begitu populer telah dilakukan sejak lama. Pada awal abad ke-20, orang Inggris dari Farnborough menunjukkan kepada publik bagian pertama yang terbuat dari bahan ajaib ini. Hal ini didasarkan pada sejumlah besar benang karbon yang terjalin, yang dilekatkan satu sama lain menggunakan resin epoksi. Untuk memberikan kekuatan maksimum pada material, mereka diletakkan pada sudut tertentu satu sama lain. Benang karbon merupakan elemen utama dari material komposit ini. Meskipun ketebalannya minimal, namun tidak dapat dipatahkan atau robek. Pola polimer fiberglass modern dapat dibuat dalam bentuk anyaman, herringbone dan bentuk lainnya.
Diffuser belakang karbon
Karbon secara aktif digunakan di banyak bidang kehidupan, tetapi terutama dalam penyetelan mobil. Spoiler, kap mesin, dan berbagai elemen interior dan bodi dibuat dari bahan ini. Jika Anda ingin membuat Korch yang sangat ringan, penggunaan bahan karbon ini adalah suatu keharusan. Selain itu, serat karbon telah diterapkan tidak hanya pada mobil - serat ini secara aktif digunakan untuk produksi suku cadang dasar untuk kapal, mobil salju, sepeda motor, dan jenis transportasi lainnya.
Kelebihan dan kekurangan plastik serat karbon
Bahan karbon memiliki struktur dan ciri yang cukup spesifik, sehingga memiliki sisi positif dan negatif. Keuntungan utama termasuk ringan dan kuat. Dari segi kekuatan, berkat tenunan benang khusus, material komposit ini tidak kalah dengan banyak logam modern. Serat karbon memiliki berat hampir setengah dari baja dan 1/5 lebih ringan dari aluminium.
Karbon: berapa kekuatan tariknya?
Pernahkah Anda mendengar tentang kekuatan unik dari fiberglass? Jadi, bagian yang terbuat dari karbon punya banyak manfaat karakteristik terbaik dalam kasus ini. Oleh karena itu, komposit khusus ini digunakan dalam motorsport, dimana Perhatian khusus berfokus pada keselamatan pilot dan pencapaian hasil. Setiap pengurangan bobot mobil dengan tetap mempertahankan tingkat kekuatan maksimum hanyalah nilai tambah.
Pintu dan kap mesin
Seberapa kuat serat karbon ini dibandingkan logam?
Namun karbon juga jelas mempunyai kelemahan. Banyak penggemar tuning yang enggan membeli elemen serat karbon karena harganya yang mahal. Jika dibandingkan dengan fiberglass yang sama, karbon jauh lebih mahal. Alasannya dapat disebutkan justru karena kompleksitas teknologi yang unik dalam proses produksi. Dan bahan bakunya sendiri membuat produsen mengeluarkan biaya yang cukup besar. Misalnya, menempelkan berbagai lapisan pada suatu bahan dilakukan dengan menggunakan resin berkualitas tinggi dan mahal. Selain itu, perusahaan manufaktur serat karbon terpaksa membeli peralatan khusus dan mahal.
Spoiler belakang
Tapi ini tidak semua kelemahan dari bahan tuning yang populer. Seperti yang diperlihatkan oleh praktik, material komposit ini sangat tahan terhadap benturan yang tajam dan kuat. Dampak kuat kerikil kecil sekalipun sudah cukup untuk menembus unsur karbon mobil. Setelah beberapa tahun beroperasi, tudung yang sama dapat terlihat seperti saringan sungguhan. Selain itu, karbon sangat tidak menyukai sinar matahari. Jika Anda tidak menyembunyikan mobil di garasi dan meninggalkannya di jalan, warna aslinya akan segera hilang.
Bingkai dan kawat gigi
Kami telah menyebutkan sensitivitas komposit ini terhadap berbagai dampak. Jadi, jika rusak, material ini tidak bisa diperbaiki. Satu-satunya solusi bagi penggila mobil adalah mengganti suku cadang sepenuhnya, dan ini, seperti yang sudah Anda pahami, merupakan biaya yang serius.
Kap serat karbon
Apakah imitasi karbon mungkin dilakukan?
Rata-rata penggila mobil tidak peduli seberapa kuat atau ringannya karbon. Hal utama adalah tampilannya sangat indah - inilah yang menarik penggemar tuning. Oleh karena itu, tidak perlu menggunakan bahan asli yang mahal - tiruannya saja sudah cukup.
Gagang pintu efek karbon
film PVC
Saat ini Anda dapat meniru serat karbon menggunakan beberapa metode berbeda. Yang paling populer (tepatnya karena ketersediaannya) adalah yang spesial film PVC, menduplikasi gambar aslinya. Saat ini ada banyak “pengganti” seperti itu, dalam berbagai macam desain. Dengan menggunakan pengering rambut dan film, Anda dapat menutupi hampir semua bagian interior dan eksterior mobil, sehingga memberikan tampilan serat karbon yang tidak biasa. Tentu saja, tidak selalu mungkin untuk memasukkan elemen-elemen kecil untuk pertama kalinya, tetapi jika Anda berlatih, tugas ini pun menjadi layak. Jika masalah masih muncul dalam pekerjaan Anda, Anda selalu dapat menghubungi ahlinya di bidangnya. Saat ini ada cukup banyak organisasi yang menangani penyetelan jenis ini.
Akvapechat
Pilihan kedua untuk meniru karbon adalah yang disebut pencetakan hidrografi. Di sini, film khusus juga diterapkan, tetapi diterapkan di bawah tekanan air. Tidak mungkin lagi melakukan pekerjaan seperti itu dalam kondisi "garasi" - diperlukan peralatan tambahan. Keuntungan metode ini adalah lebih banyak kualitas tinggi penyetelan. Dalam hal ini, film, tidak seperti metode sebelumnya, dapat diaplikasikan bahkan pada bagian yang paling “melengkung”. Jika pengolahannya dilakukan dengan kualitas tinggi dan sesuai dengan teknologi, maka tampilannya tidak akan berbeda sama sekali dengan serat karbon asli.
Omong-omong, kata-kata “bodi atau interior serat karbon” sangat populer saat ini. Jadi, ini tidak berarti bahwa elemen-elemen tersebut terbuat dari bahan yang mahal - elemen-elemen tersebut hanya dilapisi dengan film khusus menggunakan salah satu teknologi yang dijelaskan di atas.
Airbrushing "di bawah karbon"
Karena kami sudah mulai menjelaskan semua opsi imitasi, kami harus menyebutkan metode ketiga - menerapkan airbrushing. Tentu saja dari segi tampilan akhir, cara ini lebih jelek dari dua cara sebelumnya, namun di kalangan pecinta mobil tertentu juga populer. Sayangnya, airbrush tidak mampu menyampaikan desain komposit secara akurat - di sinilah masalah tertentu muncul.
Bagaimana cara menghemat pembelian dan berapa harga masalahnya?
Bagaimanapun, penyetelan komposit sangat populer saat ini. Sedikit biaya dan Anda dapat mengubah mobil Anda, menjadikannya mudah dikenali dan cerah. Selain itu, lapisan karbon yang diaplikasikan pada elemen luar bodi dapat melindungi logam dan cat dari pengaruh luar. Tidak diragukan lagi, lebih baik menggunakan karbon alami atau polimer serat karbon. Namun jika jumlah yang dibutuhkan tidak tersedia, maka film berpenampilan karbon adalah pilihan terbaik.