カーボンファイバー。炭素繊維強化プラスチックの製造方法、特性、用途炭素繊維強化プラスチックは金属と比べてどれくらい強いのですか？

化学技術者によって開発されたあらゆる種類のプラスチックや複合材料の中でも、最も細い炭素糸をベースにした材料であるカーボン (炭素繊維) は、現代世界において特別な位置を占めています。鉄より 75%、アルミニウムより 30% 軽く、最高グレードの鋼よりも 4 倍高い引張強度を持っています。
カーボン糸自体は非常に壊れやすいため、柔軟で弾性のあるパネルがカーボン糸から織られています。これらにバインダーポリマー組成物を加えることで炭素繊維プラスチックが得られ、スポーツ、テクノロジー、その他人間の活動の多くの分野に真の革命をもたらしました。

道でも空でも海でも

炭素繊維の応用分野として最も広く知られているのは自動車産業です。当初、その優れた強度と軽さの組み合わせが F1 カーデザイナーの注目を集め、レーシングカーの大幅な軽量化が可能になりました。英国の自動車メーカー、マクラーレンのエンジニアであるジョン・バーナードは、1980 年代初頭に初めてカーボンファイバーのボディ部品を製造しました。これにより速度が著しく向上したため、マクラーレンレーシングチームはすぐに表彰台に上りました。

ただし、すべてのカーボンファイバー部品が実際には手作りであるため、最速になる権利は非常に高価です。特殊な織りのカーボンファブリックを鋳型に配置し、ポリマーコンパウンドで接合します。最終段階では高温高圧で加工されます。そのため、長い間、カーボンボディエレメントはスーパーカーやプレミアムモデルにのみ使用されてきました。そしてつい最近、幅広い層が利用できるカーボンファイバーパーツを備えたシリアルモデルのリリースが発表されました。したがって、カーボンファイバー要素は、新型 BMW i3 のボディ構造に広く採用されることになります。そして、フォルクスワーゲンゴルフ GTI VII ハッチバックの新バージョンでは、カーボンファイバーのボンネットとルーフのおかげで、車の重量を一度に 200 kg 減らすことができました。

炭素ベースの材料は航空機製造においてさらに広く使用されるようになり、従来のアルミニウムやチタンに取って代わり始めています。防衛産業で働く航空機設計者は、この見通しを最初に評価した。たとえば、ロシアの最新戦闘機 Su-47 および T-50 は翼と胴体に炭素繊維コンポーネントを使用しています。

炭素は、燃料消費量を削減し、ペイロードを増やすことができるため、旅客機でも使用されることが増えています。したがって、ボーイング 787 ドリームライナーでは、機体要素の少なくとも 50% が炭素ベースの複合材料で作られており、これにより燃料消費量が 20% 削減されます。同じ目的のために、最大の旅客機であるエアバス A380 には 40% が炭素繊維の翼が装備されていました。そして、現代のビジネスジェット機ホーカー 4000 の胴体は、ほぼすべてこの素材で作られています。

炭素は造船においても同様に積極的に使用されています。人気の理由も同じです。過酷な海洋条件では不可欠な、独自の強度重量比です。さらに、造船所はこの材料の耐衝撃性と耐腐食性を高く評価しています。

いつものように、炭素繊維強化プラスチックは防衛分野で最初に使用されました。カーボン複合材は騒音を大幅に低減し、敵のレーダーから船を「見えなく」するステルス効果があるため、潜水艦の船体の部品の製造に使用されます。また、スウェーデンのヴィスビ型コルベットでは、船体と上部構造がステルス技術を使用したカーボン複合材料で作られています。 PVCベースにカーボンストランドで作られた特別に織られた生地で覆われた多層素材が使用されています。このような束はレーダーからの電波を吸収および散乱させ、船舶の探知を妨げます。

民間船舶の場合、レーダー不可視性は必要ありませんが、軽さ、強度、およびほぼあらゆる構成の部品を製造できる能力が大きな需要があることが判明しました。ほとんどの場合、カーボンは速度特性が重要なスポーツヨットやプレジャーヨットの構造に使用されます。

未来の船の要素は、あたかも粘土から作るかのように、コンピューターモデルに従って炭素繊維キャンバスから「成形」されます。まず、甲板と船体の実物大モデルを特別なモデルプラスチックで作成します。次に、これらのパターンを使用して、カーボンファブリックのパネルを手作業で層状に接着し、エポキシ樹脂で固定します。乾燥後、完成したボディは研磨され、塗装され、ニスが塗布されます。

ただし、より現代的な方法もあります。たとえば、イタリアの企業 Lanulfi は、プロセスをほぼ完全に自動化することに成功しました。 3D モデリングを使用すると、容器の大きな構造要素が、完全に一致する小さな部品に分割されます。コンピューターモデルに基づいて、コンピューター制御の機械を使用して、カーボンファイバー部品を接着するための母材として機能するベースが作成されます。このアプローチにより、スポーツヨットのパフォーマンスにとって非常に重要な最大の精度を達成することができます。

みんなのカーボン

炭素は建築分野でますます使用され始めています。コンクリートに炭素繊維を添加すると、外部の影響に対する耐性が大幅に高まります。実際、非常に緻密な表面を持つ超強力なモノリスが得られます。この技術は、トンネルの建設だけでなく、高層ビルやダムの建設にも使用されています。

鉄筋コンクリートの表面を強化、修理、修復するための材料、つまりカーボンファブリックで作られた特別なキャンバスやプレート（たとえば、メーラップやカーボプレート）について言及する価値があります。これらを使用すると、高価で常に可能であるとは限らない再充填に頼ることなく、構造を完全に復元できます。

大規模な開発業者や民間建設業者にとって、ファサードを断熱する漆喰システムにカーボンを使用するなどの革新的な技術は特に興味深いものです。

参照

「直径 15 ミクロン未満の小さな炭素繊維を強化組成物に添加すると、ファサードの耐衝撃性が何倍にも向上するという非常に重要な結果が得られます」と、この分野の専門家である CAPAROL のプロジェクトマネージャー、ローマンリャザンツェフ氏は述べています。建物のファサードの保護と断熱。「特に、CAPATECT カーボン (キャパロール) 漆喰システムの炭素添加剤により、ファサードは最大 60 ジュールのエネルギーの衝撃に無害で耐えることができます。これは、従来の漆喰ファサードが耐えることのできる衝撃の 10 倍です。」

コテージの所有者が家の外装装飾にそのようなシステムを使用することに決めた場合、暖房コストを削減し、有利な室内微気候を提供するだけでなく、壁を機械的な影響から保護することもできます。大きな雹が降ると、ビニール製のサイディングが粉砕され、通常の砂漆喰にへこみが残ります。瓦礫や木の枝を運ぶ強風もファサードに損傷を与える可能性があります。しかし、カーボンファイバーを追加した仕上げは痕跡を残しません。さらに、彼女は、子供の遊びでボールやパックが当たるなどの日常的な影響を恐れていません。

「通常、ファサードの地下部分を偶発的な損傷から保護するために、磁器石器などの石材の被覆材が使用されます」とモスクワの建設・貿易会社PKK Interstroytekhnologiiの卸売販売部門責任者のダニイル・マズロフ氏は指摘する。 – しかし、現在モスクワ南部に建設中の集合住宅の地下室を仕上げるために、私たちは炭素繊維漆喰システムを試すことにしました。比較テストでは非常に印象的な結果が得られました。」

CAPAROL 社モスクワ地域部門 WDVS 部門の責任者であるヴァディム・パシチェンコ氏は、漆喰システムに炭素繊維を使用した補強コンポーネントを使用することによるもう 1 つの貴重な結果を挙げています。それは、ファサードが温度変形に耐えられるようになるということです。建築家や民家の所有者にとって、これは自己表現における完全な自由を意味します。家の壁を最も暗く、最も飽和した色で塗装することができます。従来のセメントと砂の石膏では、このような実験は悲しい結果に終わる可能性があります。壁の暗い表面は太陽光の下で急速に加熱され、外側の保護および装飾層に亀裂が形成されます。しかし、カーボンファイバーを使用したファサードシステムの場合、そのような問題は存在しません。

現在、一般的な背景から目立つ個人のコテージや商業ビル、学校や幼稚園がヨーロッパ各地に現れ始めており、カーボンは表現力豊かで豊かな色彩を獲得するのに役立っています。ロシアの個人住宅所有者が伝統的なパステル調の色合いから離れてファサードの色を試し始めているため、この革新的な技術は我が国でも需要が高まっています。

次の世代

今や炭素のないハイテク産業を想像することは不可能です。一般の人でも利用しやすいものになってきています。今ではカーボンファイバーのスキー、スノーボード、マウンテンブーツ、スピニングロッド、自転車、ヘルメット、その他のスポーツ用品を購入できるようになりました。

しかし、それはすでに新世代の材料であるカーボンナノチューブに取って代わられつつあります。カーボンナノチューブは鋼鉄よりも数十倍強く、その他多くの貴重な特性を備えています。

ナノチューブの模式図

そこで、カナダの衣料品メーカー、ギャリソン・ビスポークは、カーボンナノチューブをベースにした生地で作られた男性用スーツを開発した。この生地は 45 口径までの弾丸を阻止し、刺し傷から保護します。また、防弾チョッキの製造に使用される合成素材であるケブラーよりも 50% 軽量です。このようなスーツは、ビジネスマンや政治家の間で確実に流行するでしょう。

カーボンナノチューブの最も素晴らしい用途の 1 つは宇宙エレベーターです。これにより、高価で危険なロケットの打ち上げを行わずに貨物を軌道に運ぶことが可能になります。その基盤は、地球の表面から高度 35,000 km の静止軌道にある宇宙ステーションまで張られた頑丈なケーブルでなければなりません。

このアイデアは、1895 年にロシアの偉大な科学者コンスタンチン・ツィオルコフスキーによって提案されました。しかし、このような強力なケーブルを作ることができる既知の材料がなかったため、これまでこのプロジェクトは技術的な理由から実現不可能であると思われていました。しかし、1990 年代初頭にカーボンナノチューブが発見されました。可能性の限界を再考する必要がありました。カーボンナノチューブを織り込んだ数ミリの太さの糸は約30トンの荷重に耐えることができます。これは、宇宙エレベーターで軌道まで安く安全に移動することが、SF の物語から技術者にとって現実的な課題に変わりつつあることを意味します。

炭素繊維が持つ自重に対する引張強さの確かな指標は、この材料のユニークな成果であり、国民経済での使用に明るい展望を開くものであることが知られています。現在ではカーボンを購入することは難しくありませんが、現代の建築におけるカーボンの使用はまだ普及していません。しかし、シンプルで信頼性の高い塗布方法は長期間使用できることが約束されています。

カーボンファイバー

ビスコース繊維の熱分解による炭素繊維の最初の製造と白熱フィラメントへの使用は、18 世紀末にエジソンによって特許を取得しました。

20 世紀には、ロケットや航空機エンジンの製造における複合コンポーネント用の材料の探索の結果、繊維への関心が高まりました。

耐熱性、断熱性、耐食性など、その品質においてはカーボンファイバーに匹敵するものはありません。

ポリアクリロニトリル（PAN）繊維の最初のサンプルの特性は低かったが、技術の改良により、炭素繊維強度2070MPa、弾性率480GPaの炭化水素繊維を得ることが可能となった。

現在、炭素繊維は建築分野で幅広い用途に使用されています。

外部補強システム用
倉庫や橋、工業用建物や住宅用建物の耐荷重構造の修理に。

炭素繊維製品を使用することで、既存の再建や補強方法と比較して、迅速かつ効率的に建設作業を行うことが可能になります。

しかし、炭素繊維の成果について語るには、航空機部品の製造における炭素繊維の使用に触れずには語れません。

国内航空機メーカーの業績は、ボーイング787型機の部品を生産する三菱重工業にとって健全な競争となる。

高分子材料からの製品の製造

ポリマー材料 - カーボンは直径 5 ～ 15 ミクロンの細い繊維糸であり、炭素原子によって形成され、微結晶に結合されています。糸に優れた強度と伸びを与えるのは、結晶の配向時の配列です。比重熱膨張係数、化学的不活性性。

PAN 繊維の製造プロセスには、オートクレーブ技術とその後の樹脂の含浸による強化が含まれます。カーボンファイバーにプラスチック（プリプレグ）を注入し、さらに液体プラスチックを注入して、圧力下で繊維ストランドを強化します。

物理的特性に応じて、炭素繊維は次の種類に分類されます。

高強度炭素繊維（連続繊維12,000本構成）
炭化炭素繊維一般的用途(長さ100mmまでの2本以上の繊維を撚った糸)。

この材料で作られた製品で強化されたカーボンファイバー構造は、構造の重量を 30% 削減し、化学的不活性性により、攻撃的な液体やガスを不純物から浄化する際にフィルターとしてカーボンファブリックを使用することができます。

炭素繊維の製造については、このビデオで紹介されています。

炭素繊維製品のラインナップ

カーボン生地

高弾性炭素繊維を使用した主な製品は、厚さ 1.6 ～ 5.0 mm、密度 520 ～ 560 g/m2 の平織り構造の炭素織物です。

カーボンファブリックは線膨張係数がゼロであるため、変形や腐食に対する耐性が非常に優れています。

標準的なカーボン生地の特徴は次のとおりです。

カーボンファブリックのパラメータは次のとおりです。

刃幅1000～2000mm
炭素含有量 98.5%
密度 100-640 g/m2
厚さ0.25〜0.30mm。

高弾性繊維の主な製品は、カーボンファブリックのほかにテープやコードなどです。

カーボンファブリックの織り方には次の種類があり、製品の可動性にある程度影響します。

リネン 各縦糸と 1/1 横糸を交絡させて織り上げ、生地の強度と動きやすさを向上させます。
サテン 1本の横糸が4～5本の縦糸と絡み合う織り方で、生地が曲がりすぎる可能性が低くなります。
ツイル 縦糸の数を同じ数の横糸で覆う織り方。

綾織りの可能性の例としては、多色のカーボン生地が挙げられます。マルチカラーのカーボン生地は、ケブラーの衣類や、吸湿性があり空気交換が可能なものの作成にうまく使用されています。ケブラーは、異なる密度と構造の工業用糸から作られており、すでに自動車産業や軍需産業で使用されており、グラスファイバーやスチールに代わって使用されています。

カーボンの利点は炭素繊維を炭化した製品に顕著に表れます。

炭化繊維製品

炭化繊維から作られる製品の範囲はさらに拡大されており、以下に代表されます。

炭化カーボン織物 RK-300（ガラス繊維代替品）
片面アルミコーティング生地 RK-300AF（サーマルスクリーンによる特性向上により、巻線断熱材にカーボンを使用可能）
カーボン構造ファブリック 1k、3k、6k、12k、24k、48k
炭化したテープやコード。

カーボンや炭化繊維を織った帆布は、充填材の種類を問わず優れた補強機能を発揮します。

さらに、EMRを吸収するスクリーン、熱電対、電極、および無線工学製品も炭化繊維を使用して作られています。

炭素強化を使用したプールの製造

炭素繊維補強材を使用してプールを製造する場合、この技術には炭素繊維補強材、木材バルサ、発泡ゴムをセラミック層に追加する段階が含まれます。カーボン補強を施したプールボウルの二重フレームの作成の基礎は、構築された荷重図と材料にかかる許容応力でした。

将来的には炭素繊維の使用がますます普及し、強化材が市場から駆逐される可能性があると結論付けましょう。

炭素繊維強化プラスチックは、炭素繊維とポリマーバインダーをベースとした複合材料であり、強化に使用されます。異なる種類炭素繊維および繊維材料。

炭素繊維強化プラスチックの製造

炭素繊維強化複合材料を製造するための基本的な方法は、繊維材料に共通です。炭素繊維強化プラスチックは、通常、プレス、引抜成形、積層、その後プレスの方法を使用して、あらかじめ調製されたプリプレグから製造されます。炭素繊維は非常に脆いという特徴があるため、炭素繊維強化プラスチックに加工する際には注意が必要です。高圧でプレスを行う必要があり、また強化フィラーが鋭く曲がらないようにする必要があります。

使いやすさを考慮して、プレミックス、プリプレグ、およびプレスファイバーは、カーボンおよびグラファイトファイバーとポリマー樹脂をベースに製造されています。部品や製品の製造のために調製された、一定量の強化フィラーとポリマーマトリックスを含む材料。

最も一般的に使用されるバインダーは、熱硬化性樹脂（エポキシ、フェノール、ポリイミド）であり、高い接着力と炭素繊維の機械的特性を高度に実現します。また、芳香族ポリアミド、ポリスルホン、ポリカーボネートなどの耐熱性熱可塑性樹脂も使用されます。ポリオレフィンや脂肪族ポリアミドなどの低融点熱可塑性プラスチックの使用は、カーボンフィラーの特性の多くを実現できないため、お勧めできません。

高強度および高弾性の炭素繊維強化プラスチックは、高い機械的特性を備えた適切な種類の炭素糸、ストランド、テープから作られています。カーボンフィラーの機械的特性を最も完全に実現するには、主に一方向および交差積層が使用されます。

炭素繊維の性質

炭素繊維強化プラスチックの組成は、炭素繊維強化プラスチックから作られる製品の要件によって決まります。炭化または黒鉛化繊維をベースとしたカーボンプラスチックには、以下のものが含まれます。カーボン (通常は炭化) 不織布材料および切断繊維をベースとしたプレス材料。カーボン（炭化）およびグラファイトファブリックをベースにしたカーボンテクストライト。カーボン（黒鉛化）糸、テープ、異形形状の束、巻回製品、シートをベースとした高強度および高弾性カーボンプラスチック。

グラファイト繊維および繊維状材料は、より高い機械的および熱的特性を備えていますが、非常に高価です。

炭素繊維強化プラスチックの強化方向の機械的特性は、強化繊維の特性とその位置によって大部分が決まりますが、結合剤によってはそれほど決まりません。炭素繊維強化プラスチックの温度特性は主にバインダーの性質によって決まります。

カーボンカーボン材料は、不活性環境下で最高 2500°C の高温で動作できます。

炭素繊維板の応用

カーボンプレス材とテキストライトは、減摩、耐薬品性などの目的でさまざまな部品の製造に使用されます。特にベアリングシェルの製造に使用されます。フェノールおよびその他の耐薬品性マトリックスを含むプレスファイバーとシートカーボンプリプレグに基づいて、ポンプ部品、継手、熱交換器、および金属製品 (ほとんどの場合容器やその他の化学機器) の複合耐薬品性コーティングが製造されます。炭素繊維強化プラスチックは、以前に使用されていたアスベストベースの材料（ファオライト）の代替としても使用されます。

フェノールおよびポリイミドバインダーをベースとしたカーボンプラスチック、およびカーボンカーボン材料は、耐熱性の高い構造製品およびコーティングとして使用されます。これらのバインダーの選択は、炭化中にバインダーが高い炭素収率でコークスに変化し、同時にかなり強力な炭素マトリックスを形成するという事実によるものです。

高強度および高弾性の炭素繊維強化プラスチックおよび炭素繊維ラミネートは、航空機、船舶、その他の車両、医療機器、スポーツ製品、義肢などの最も重要な部品や製品の製造に使用されています。

炭素繊維を最大 2 ～ 3% 含む熱可塑性プラスチックが帯電防止材料として使用されます。炭素繊維をフィラーとして使用する効率は、従来のカーボンブラック添加剤よりも大幅に高くなります。これは、炭素繊維が、含有量が大幅に低い材料内で導電性の「メッシュ」を形成するためです。

炭素材料には医療用途もあります。生体は炭素材料を拒絶しません。したがって、骨折した骨をカーボンファイバーベースのピンで固定し、損傷した腱を軽くて強力なカーボンテープで置き換えると、身体はこの素材を異物として認識しません。

炭素繊維と炭素繊維の応用分野は次のように区別されます。

ロケット製造、航空機製造（航空機製造、ヘリコプター製造、小型航空機）;

造船（軍艦、スポーツ造船）。

自動車産業（スポーツカー、オートバイ、チューニング）。

スポーツ用品（自転車、テニスラケット、釣り竿）

特殊製品（風力発電ブレード等）

カーボンファイバー- 主に炭素原子で形成された、直径 3 ～ 15 ミクロンの細い糸からなる材料。炭素原子は微細な結晶となって互いに平行に配列されています。結晶の整列により、繊維の引張強度が向上します。カーボンファイバーは、高い引張強度、低い比重、低い熱膨張係数、および化学的不活性を特徴としています。

ロシアにおける炭素繊維の生産は、コンポジットホールディングスの一部であるコンポジットファイバーLLC社によって行われています。

炭素繊維は製造の基礎です（または、「炭素」、「カーボン」、つまり炭素からのカーボンプラスチック）。炭素繊維強化プラスチックは、ポリマー (通常はエポキシ) 樹脂のマトリックス中に配置された織り込まれた炭素繊維ストランドから作られたポリマー複合材料です。

カーボン複合材料は、高強度、剛性、軽量という特徴があり、多くの場合鋼よりも強いですが、はるかに軽いです。

高分子材料の製造

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機械工学;
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なぜ炭素繊維の価格はこれほど高いのでしょうか？

エネルギー消費量が多いことが、炭素繊維の価格が高くなる主な理由です。しかし、これを補って余りある素晴らしい結果が得られます。化学研究所の従業員だけでなく、ありきたりなものに含まれる「ふわふわした」物質がすべての始まりだったとは、私には信じられません。白色繊維、いわゆるポリアクリロニトリル共重合体は、繊維産業で広く使用されています。これらは、ドレス、スーツ、ニット生地、カーペット、防水シート、室内装飾品、フィルター材の一部です。言い換えれば、付属のラベルにアクリル繊維が記載されている場合はどこでも、ポリアクリロニトリルコポリマーが存在します。それらの一部はプラスチックとして「機能」します。これらの中で最も一般的なのは ABS プラスチックです。つまり、炭素には多くの「いとこ」があることが分かりました。カーボン糸は引張強さには優れていますが、曲げるときに「衝撃を受ける」能力は失われます。したがって、製品の強度を同等にするためには、布を使用することが好ましい。特定の順序で編成された繊維は、負荷に対処するために互いに「助け」ます。この利点が欠けています。ただし、層の異なる方向を指定することにより、必要な方向で必要な強度を達成し、部品の質量を大幅に節約し、重要でない場所を不必要に強化することがなくなります。

カーボンファブリックとは何ですか？

カーボンパーツの製造には、素材全体に糸がランダムに配置された単純なカーボン繊維と布地（カーボンファブリック）の両方が使用されます。織り方には数十種類あります。最も一般的なのは、プレーン、ツイル、サテンです。場合によっては、織り方が条件付きである場合があります。縦方向に配置された繊維のリボンが、バラバラにならないように、まばらな横方向のステッチで「つかまれ」ます。 g/m2 で表される生地の密度、または比重は、織りの種類に加えて、炭素繊維の数によって決まる繊維の太さによって決まります。この特性は千の倍数です。したがって、1K という略語は、ファイバー内の 1,000 個のスレッドを意味します。モータースポーツやチューニングで最も一般的に使用される生地は、密度 150 ～ 600 g/m2、繊維の太さ 1K、2.5K、3K、6K、12K、24K の平織りおよび綾織りの生地です。 12K ファブリックは、軍事製品 (弾道ミサイルの船体や頭部、ヘリコプターや潜水艦のローターブレードなど)、つまり部品に膨大な負荷がかかる場所にも広く使用されています。

カラーカーボンはありますか？イエローカーボンはありますか？

チューニングパーツのメーカーから、そしてその結果として顧客からも「シルバー」または「カラー」カーボンについてよく聞きます。「シルバー」または「アルミニウム」の色は、グラスファイバー上の単なるペイントまたはメタリックコーティングです。そして、そのような材料をカーボンと呼ぶのは不適切です - それはグラスファイバーです。この分野で新しいアイデアが生まれ続けることは喜ばしいことですが、ガラスの特性は炭素石炭と比較することはできません。色付きの生地はケブラーで作られていることがほとんどです。一部のメーカーではここでもグラスファイバーを使用していますが、染色されたビスコースやポリエチレンもあります。ケブラーを前述のポリマー糸に置き換えてコストを節約しようとすると、そのような製品の樹脂への接着が悪化します。このような生地を使用した製品の耐久性に疑問の余地はありません。 Kevlar、Nomex、および Tvaron は米国独自のポリマーブランドであることに注意してください。学名は「アラミド」です。これらはナイロンとナイロンの親戚です。ロシアには、SVM、Rusar、Terlon SB、Armosなどの独自の類似品があります。しかし、よくあることですが、最も「宣伝」されている名前である「ケブラー」は、あらゆる素材のよく知られた名前になりました。

ケブラーとは何ですか?またその特性は何ですか?

重量、強度、温度特性の点で、ケブラーはカーボンファイバーよりも劣ります。ケブラーの曲げ荷重に耐える能力は大幅に高くなります。これがまさに、カーボンとケブラーがほぼ均等に含まれるハイブリッド生地の出現に関係している理由です。カーボンアラミド繊維を使用した部品は、カーボン製品よりも弾性変形をよりよく認識します。ただし、欠点もあります。カーボンとケブラーの複合材料は耐久性に劣ります。さらに、水は重くて「怖い」のです。アラミド繊維は湿気を吸収する傾向があり、それ自体とほとんどの樹脂の両方に影響を与えます。重要なのは、「エポキシ」が水と塩の溶液によって化学レベルで徐々に破壊されるということだけではありません。加熱と冷却、そして通常冬には凍結する水によって、部品の材料が内部から機械的に緩められます。そして、さらに2つのコメント。ケブラーは紫外線にさらされると劣化し、樹脂で成形された材料はその素晴らしい特性の一部を失います。高い引き裂き耐性と切断耐性は、ケブラー生地が「乾燥した」状態でのみ発揮されます。したがって、アラミドは他の領域でも最高の特性を発揮します。このような素材を何層にも重ねて縫い付けられたマットは、軽量防弾チョッキやその他の安全装備の製造の主な構成要素です。ケブラー糸は、薄くて丈夫な船のロープを織ったり、タイヤのコードを作ったり、機械のドライブベルトや車のシートベルトに使用されます。

この部分をカーボンファイバーで覆うことは可能でしょうか？

黒と黒、または黒と色の市松模様のパーツを車に搭載したいという抑えがたい欲求により、風変わりなカーボンファイバーの代替品が登場しました。チューニングショップは、木製とプラスチック製のインテリアパネルをカーボンファブリックで覆い、間にサンディングを挟んで無数のワニスの層を塗り込みます。各部品には数キログラムの材料と多くの作業時間が必要です。巨匠たちの勤勉さに感心することはできますが、この道はどこにもつながりません。この技法で作られた「ジュエリー」は温度変化に耐えられない場合があります。時間が経つと、亀裂の網が現れ、部品が剥離します。ワニス層が厚いため、新しい部品は元の場所に収まりません。

カーボン製品や複合製品はどのように作られるのですか?

これらの製造技術は、使用する樹脂の特性に基づいています。正確に樹脂と呼ばれるとおり、非常に多くの化合物が存在します。低温硬化ポリエステルおよびエポキシ樹脂はグラスファイバー製ボディキットのメーカーの間で最も一般的ですが、カーボンファイバーのすべての利点を完全に明らかにすることはできません。まず第一に、これらの結合化合物の強度が弱いためです。高温や紫外線に対する耐性が低いことに加えて、ほとんどの一般的なブランドを使用できるかどうかは非常に疑わしいものになります。このような素材で作られたカーボンボンネットは、暑い夏の一ヶ月以内に黄色くなり、形が崩れてしまいます。ちなみに、「熱い」樹脂は紫外線を嫌うため、安全のために、部品は少なくとも透明な自動車用ワニスでコーティングする必要があります。

冷間硬化性化合物。

低クリティカル部品の小規模生産のための「コールド」技術には、他の重大な欠点もあるため、開発は不可能です。複合材料を製造するための真空法 (空気が排気される閉じたマトリックスに樹脂が供給される) では、装置の準備に時間がかかります。これに樹脂成分の混合を加えてみましょう。これは多くの時間を「無駄」にし、生産性にも貢献しません。手接着について話すのはまったく意味がありません。細断された繊維をマトリックスに吹き付ける方法では、布地の使用は許可されません。実際には、すべてがグラスファイバーの製造と同じです。ガラスの代わりに石炭が使われているだけです。最も自動化されたプロセスでさえ、高温樹脂の処理 (巻き取り法) も可能ですが、狭いリストの閉断面部品に適しており、非常に高価な装置が必要です。

熱硬化型エポキシ樹脂の方が強度が高く、その性質を十分に発揮できます。一部の「高温」樹脂では、「室温」温度での重合メカニズムが非常にゆっくりと始まります。これは、いわゆるプリプレグ技術の基礎となっており、成形プロセスのずっと前に完成した樹脂をカーボンファイバーに塗布することを含みます。準備された材料は倉庫の棟でただ待っているだけです。

樹脂のブランドにもよりますが、液体状態の時間は通常、数時間から数週間続きます。ポットライフを延ばすために、調製したプリプレグを冷蔵庫に保管することがあります。一部のブランドの樹脂は、完成した形で何年も「保存」されます。硬化剤を添加する前に、樹脂を50〜60℃に加熱し、混合した後、特別な装置を使用して生地に塗布します。次に、布地をプラスチックフィルムで裏打ちし、丸めて20〜25℃に冷却します。この形で、材料は非常に長期間保存されます。さらに、冷却された樹脂は乾燥し、布地の表面ではほとんど見えなくなります。部品の製造中に直接、加熱された結合剤は水のように液体になり、これにより結合剤が広がり、加工金型の全体積を満たし、重合プロセスが加速されます。

熱硬化性コンパウンド。

多種多様な「ホット」コンパウンドがあり、それぞれに独自の温度と時間の硬化方式があります。通常、成形プロセス中に必要な温度計の読み取り値が高くなるほど、完成品の強度と耐熱性が高くなります。利用可能な装置の能力と最終製品の要求特性に基づいて、適切な樹脂を選択するだけでなく、オーダーメイドで製造することもできます。国内メーカーによってはこのサービスを提供しているところもあります。当然、無料ではありません。

プリプレグは、オートクレーブでのカーボンの製造に最適です。作業チャンバーにロードする前に、必要な量の材料をマトリックスに注意深く配置し、特別なスペーサー上の真空バッグで覆います。すべてのコンポーネントを正しく配置することが非常に重要です。そうしないと、圧力下で形成される望ましくない折り目が避けられません。後でエラーを修正することは不可能になります。液体結合剤を使用して準備が行われた場合、作業の成功の見通しが不透明なため、作業員の神経系にとっては真の試練となるでしょう。

インストール内で発生するプロセスは単純です。高温によりバインダーが溶けて重合が「開始」され、真空バッグが空気と余分な樹脂を除去し、チャンバー内の圧力の上昇により生地のすべての層がマトリックスに押し付けられます。そしてすべてが同時に起こります。

一方で、いくつかの利点もあります。この強度はほぼ最大であり、最も複雑な形状のオブジェクトも一度の「座り」で作成されます。圧力が全方向に均等に分散され、装置の形状を侵害しないため、マトリックス自体は巨大なものではありません。これは、新しいプロジェクトの迅速な準備を意味します。一方、オートクレーブは数百度まで加熱され、場合によっては 20 気圧に達する圧力がかかるため、非常に高価な構造になります。装置の価格は、その寸法に応じて数十万ドルから数百万ドルの範囲になります。これに、容赦のない電力消費と生産サイクルの複雑さを加えてみましょう。その結果、生産コストが高くなります。ただし、より高価で複雑なテクノロジがあり、その結果はさらに印象的です。 F1 マシンのブレーキディスクやロケットエンジンのノズルに使用されているカーボンカーボン複合材料 (CCM) は、3000 ℃ に達する動作温度での膨大な負荷に耐えます。このタイプのカーボンは、圧縮された炭素繊維を含浸させた熱硬化性樹脂を黒鉛化することによって製造されます。空白。この操作は炭素繊維自体の製造に似ていますが、100 気圧の圧力で行われる点が異なります。確かに、大手スポーツや軍事宇宙部門は、ユニークなアイテムを法外な価格で消費することができます。チューニング、特に連続生産の場合、そのような「価格と品質」の比率は受け入れられません。

解決策が見つかった場合、それは非常に単純に見えるため、「何が今までその解決策を思いつかなかったのだろうか？」と疑問に思うでしょう。しかし、オートクレーブ内で発生するプロセスを分離するというアイデアは、長年の研究の後に生まれました。このようにして、カーボンの熱間成型をスタンピングと同様に行う技術が登場し、勢いを増し始めました。プリプレグはサンドイッチ状に作製される。樹脂を塗布した後、生地の両面をポリエチレンまたはより耐熱性の高いフィルムで覆います。「サンドイッチ」は、互いに押し付けられた 2 本のシャフトの間を通過します。この場合、衣類を回転機で回転させる場合とほぼ同じ方法で、余分な樹脂と不要な空気が除去されます。洗濯機 1960年代のサンプル。プリプレグはパンチでマトリックスに押し込まれ、固定されます。ねじ接続。次に、構造全体を加熱キャビネットに置きます。

チューニング会社は、同じカーボンファイバーや耐久性のあるブランドのアラバスターからマトリックスを製造しています。ただし、石膏加工用の型は寿命が短いものの、いくつかの製品を製造する能力は十分にあります。より「高度な」マトリックスは金属製で、発熱体が組み込まれている場合もあります。大量生産に最適です。ちなみに、この方法は閉断面の一部にも適しています。この場合、完成品の内部に軽量の発泡パンチが残ります。三菱 Evo ウイングはこの種の例です。

機械的な力は装置の強度を考えさせます。マトリックスパンチシステムには 3D モデリングまたはトップクラスのモデラーが必要です。しかし、それでもオートクレーブ技術よりも数百倍も安価です。

アレクセイ・ロマノフ雑誌「TUNING Cars」編集者

多くの自動車愛好家にとって、自分の車をチューニングしたいという欲求は、まさに強迫観念になっています。私は自分の「鉄の馬」を変えて、他のものとは違う、より明るくしたいと思っています。したがって、外部および内部チューニングの最も人気のある分野の 1 つは、カーボンファイバーの使用です。しかし、それはどのような素材であり、どのようなメリットとデメリットがあり、どのように使用することができますか。これらの質問をさらに詳しく見てみましょう。

カーボンとは何ですか?カーボンファイバーとどう違うのですか?

このような人気のある複合材料の製造は長い間確立されてきました。 20 世紀初頭、ファーンバラ出身のイギリス人が、この奇跡の素材で作られた最初の部品を一般に公開しました。これは、エポキシ樹脂を使用して互いに取り付けられた膨大な数の織り交ぜられたカーボン糸に基づいています。材料に最大の強度を与えるために、材料は互いに特定の角度で配置されます。この複合材料の主な要素はカーボン糸です。最小限の厚さにもかかわらず、壊れたり裂けたりすることはありません。最新のグラスファイバーポリマーのパターンは、マット、ヘリンボーン、その他の形状で作ることができます。

カーボン製リアディフューザー

カーボンは生活のさまざまな分野で積極的に使用されていますが、最も重要なのは車のチューニングです。スポイラー、ボンネット、さまざまなインテリアやボディの要素がこの素材で作られています。超軽量のコルチを構築する場合は、このカーボン素材を使用することが絶対に必要です。さらに、炭素繊維は自動車だけでなく、ボート、スノーモービル、オートバイ、その他の輸送手段の基本部品の製造にも積極的に使用されています。

炭素繊維プラスチックの長所と短所

カーボン素材はその構造や特性が非常に特殊であるため、良い面と悪い面の両方を持っています。主な利点は、軽さと強度です。強度に関しては、糸の特殊な織りのおかげで、この複合材料は多くの現代の金属に劣りません。カーボンファイバーの重量はスチールのほぼ半分、アルミニウムの 1/5 です。

カーボン：引張強さはどれくらいですか？

グラスファイバーの独特の強度について聞いたことがありますか? したがって、カーボン製の部品には多くの特徴があります。最高の特性この点について。したがって、この特定の複合材料はモータースポーツで使用されます。特別な注意パイロットの安全と結果の達成に重点を置いています。最大レベルの強度を維持しながらの車両重量の軽量化は、プラスにすぎません。

ドアとボンネット

このカーボンファイバーは金属よりどれくらい強いのでしょうか?

しかし、カーボンには明らかな欠点もあります。多くのチューニング愛好家は、コストが高いためにカーボンファイバー製エレメントの購入を思いとどまっています。同じグラスファイバーと比較すると、カーボンははるかに高価です。その理由は、まさに製造プロセスの独特の技術的複雑さによるものだと言えます。そして、原材料自体にメーカーにはかなりの費用がかかります。たとえば、材料内のさまざまな層を接着するには、高品質で高価な樹脂が使用されます。さらに、炭素繊維を製造する製造会社は、特殊で高価な装置を購入する必要があります。

リアスポイラー

しかし、これらは人気のあるチューニング素材の欠点のすべてではありません。実際に見てみるとわかるように、この複合材料はピンポイントで強い衝撃に対して非常に耐性があります。たとえ小さな小石であっても、その強い衝撃は車のカーボン要素を貫通するのに十分です。ほんの数年間運用すると、同じフードが本物のふるいのように見えることがあります。さらに、炭素は太陽光を非常に嫌います。車をガレージに隠さず路上に放置すると、すぐに元の色が失われます。

フレームとブレース

この複合材がさまざまな衝撃に対して敏感であることについてはすでに述べました。したがって、この素材は破損した場合、修復することができません。車愛好家にとっての唯一の方法は、完全な交換すでにおわかりのように、これは重大な出費です。

カーボンファイバーフード

カーボンの模倣は可能ですか?

平均的な自動車愛好家は、カーボンがどれだけ強いか、どれだけ軽いかなど気にしません。主なことは、見た目が非常に美しいということです。これがチューニング愛好家を魅了するものです。したがって、オリジナルの高価な素材を使用する必要はありません。その模造品で十分です。

カーボンエフェクトドアハンドル

PVCフィルム

現在、いくつかの異なる方法を使用してカーボンファイバーを模倣することができます。最も人気があったのは（まさにその入手可能性のため）特別なものでした。 PVCフィルム、元の図面を複製します。今日では、さまざまなデザインのそのような「代替品」がたくさんあります。ヘアドライヤーとフィルムを使用すると、車の内外装のほぼすべての部分を覆うことができ、車に珍しいカーボンファイバーの外観を与えることができます。もちろん、小さな要素を最初から適合させることが常に可能であるとは限りませんが、練習すれば、この作業さえも実行できるようになります。それでも作業中に問題が発生した場合は、いつでもその分野の専門家に相談できます。現在、この種のチューニングを扱う組織は十分にあります。

アクヴァペチャット

炭素模倣の 2 番目のオプションは、いわゆる 水路印刷。こちらも特殊なフィルムが貼られていますが、水圧をかけて貼り付けています。「ガレージ」状態ではそのような作業を行うことはできなくなり、追加の機器が必要になります。この方法の利点は、高品質チューニング。この場合、前の方法とは異なり、フィルムは最も「曲がりくねった」部分にも適用できます。技術に則って高品質に加工すれば、見た目は本物のカーボンファイバーと何ら変わりません。

ところで、「カーボンファイバーボディまたはインテリア」という文言は現在非常に人気があります。したがって、これは要素が高価な素材で作られているという意味ではまったくありません。要素は上記の技術のいずれかを使用して特別なフィルムで覆われているだけです。

エアブラシ「アンダーカーボン」

すでにすべての模倣オプションについて説明し始めているので、3 番目の方法であるエアブラシの適用についても触れておく必要があります。もちろん最終的には外観この方法は前の 2 つよりも劣りますが、一部の自動車愛好家の間では人気があります。残念ながら、エアブラシは複合材料のデザインを正確に伝えることができません。ここで特定の問題が発生します。

購入を節約する方法と発行価格はいくらですか?

いずれにしても、複合チューニングは今日非常に人気があります。少しの出費であなたの車を改造し、認識しやすく明るくすることができます。また、ボディ外装に施されたカーボン皮膜により、金属や塗装を外部の影響から保護します。天然炭素または炭素繊維ポリマーを使用する方が良いことは間違いありません。ただし、必要な量が入手できない場合は、カーボンルックフィルムが最適な選択肢です。

カーボンファイバー。 炭素繊維強化プラスチックの製造方法、特性、用途 炭素繊維強化プラスチックは金属と比べてどれくらい強いのですか？