Серед різноманітних пластиків та композитів, розроблених хіміками-технологами, особливе місце у сучасному світі займає карбон (вуглеволокно) – матеріал на основі найтонших вуглецевих ниток. Він на 75% легший заліза і на 30% - алюмінію, і при цьому має міцність на розрив у чотири рази вищий, ніж у найкращих марок сталі.
Самі собою карбонові нитки досить крихкі, тому їх плетуть гнучкі і еластичні полотнища. При додаванні до них сполучних полімерних складів отримують вуглепластики, які здійснили справжній переворот у спорті, техніці та багатьох інших галузях людської діяльності.
На дорогах, у небі та на морі
Найбільш широко відома сфера застосування карбону – це автомобілебудування. Спочатку його визначне поєднання міцності та легкості зацікавило конструкторів болідів Формули-1, що дозволило значно знизити вагу гоночних машин. Джон Бернард, інженер британського автомобільного виробника McLaren, вперше зробив елементи кузова з вуглеволокна на початку 1980-х. Це дало настільки відчутне збільшення швидкості, що відразу привело гоночну команду McLaren на призові місця.
Втім, право бути найшвидшим обходиться дуже дорого через те, що всі вуглепластикові деталі практично виготовляються вручну. Карбонову тканину особливого плетіння викладають у ливарні форми, потім з'єднують полімерними складами. На заключному етапі вона піддається обробці за високої температури і тиску. Тому довгий час карбонові елементи кузова використовувалися лише у суперкарах та моделях преміального класу. І лише нещодавно анонсовано випуск доступних широкої аудиторії серійних моделей із вуглепластиковими деталями. Так, у конструкції кузова нового BMW i3 будуть широко представлені елементи із вуглецевого волокна. А в новій версії хетчбека Volkswagen Golf GTI VII завдяки вуглепластиковому капоту та даху вдалося знизити вагу машини одразу на 200 кг!
Ще ширше застосування матеріали на основі карбону отримали в авіабудуванні, де вони почали тіснити традиційні алюміній та титан. Першими перспективи оцінили авіаконструктори, які працюють у оборонній промисловості. Наприклад, у нових російських винищувачах Су-47 та Т-50 використовуються вуглепластикові компоненти крила та фюзеляжу.
Все ширше застосовується карбон і в пасажирських літаках, де дозволяє знизити витрату палива і підвищити вантажопідйомність. Так, у лайнері Boeing 787 Dreamliner не менше 50% елементів фюзеляжу виготовлено з композитних матеріалів на основі вуглецю, завдяки чому витрата палива знижена на 20%. З тією ж метою найбільший пасажирський авіалайнер Airbus А380 оснастили крилами, які на 40% складаються із вуглепластиків. А фюзеляж сучасного бізнес-джету Hawker 4000 майже виготовлений з цього матеріалу!
Не менш активно використовується карбон і в кораблебудуванні. Причина популярності та сама: унікальне співвідношення міцності та ваги, життєво важливе в суворих морських умовах. Крім того, для корабелів цінні ударостійкість та корозійна стійкість цього матеріалу.
Як завжди, першими почали застосовувати вуглепластики в оборонній сфері. З карбонових композитів роблять елементи корпусів підводних човнів, оскільки вони серйозно знижують шум і мають stealth-ефект, роблячи судно «невидимим» для радарів противника. А в шведських корветах типу «Visbi» корпус та надбудови виготовлені з карбонових композитів за stealth-технологією. Використовується багатошаровий матеріал з основою із ПВХ, яка покрита тканиною особливого плетіння з вуглецевих джгутів. Кожен такий джгут поглинає та розсіює радіохвилі від радарів, не даючи виявити судно.
Для цивільних кораблів невидимість для радарів не потрібна, а ось легкість, міцність і можливість виготовляти деталі практично будь-якої конфігурації виявились дуже затребуваними. Найчастіше карбон застосовують при будівництві спортивних та прогулянкових яхт, де важливі швидкісні характеристики.
Елементи майбутнього судна «ліпляться» з вуглепластикових полотен за комп'ютерною моделлю як із пластиліну. Спочатку робиться повнорозмірний макет палуби та корпусу із спеціального модельного пластику. Потім по цих лекал вручну шарами виклеюються полотнища карбонової тканини, що скріплюється епоксидними смолами. Після просушування готовий корпус шліфують, фарбують та покривають лаком.
Втім, є й сучасніші способи. Наприклад, італійська компанія Lanulfi зуміла майже повністю автоматизувати процес. Великі конструктивні елементи судна за допомогою 3D моделювання розбивають на дрібніші частини, що ідеально збігаються. За комп'ютерною моделлю за допомогою верстата з програмним управлінням виконуються основи, які служать матрицями для виклеювання вуглепластикових деталей. Такий підхід дозволяє досягти максимальної точності, що дуже важливо для ходових якостей спортивних яхт.
Карбон для кожного
Карбон починає все ширше застосовуватися й у будівництві. Додавання вуглецевих волокон до складу бетону робить його набагато стійкішим до зовнішніх впливів. Фактично виходить надміцний моноліт із дуже щільною поверхнею. Така технологія застосовується у будівництві хмарочосів та гребель, а також при облаштуванні тунелів.
Варто згадати і матеріали для посилення, ремонту та реставрації залізобетонних поверхонь - спеціальні полотна та пластини з карбонової тканини (наприклад, Mapewrap або Carboplate). Вони дозволяють повністю відновити конструкцію, не вдаючись до дорогої і не завжди можливої перезаливки.
Для великих девелоперів та приватних забудовників особливо цікава така інновація, як застосування карбону у штукатурній системі утеплення фасадів.
Довідка
«Додавання до армуючого складу дрібних карбонових волокон діаметром менше 15 мікрон призводить до дуже важливого результату – багаторазового збільшення удароміцності фасаду, – каже Роман Рязанцев, проект-менеджер компанії CAPAROL, експерта в галузі захисту та теплоізоляції фасадів будівель. – Зокрема, карбонова добавка до штукатурної системи CAPATECT Carbon (Caparol) дозволяє фасаду без шкоди переносити удари з енергією до 60 Джоулів – це удесятеро більше, ніж здатні витримувати звичайні варіанти штукатурних фасадів».
Якщо власник котеджу вирішить використовувати таку систему для зовнішнього оздоблення свого житла, то він не лише скоротить витрати на опалення та забезпечить сприятливий мікроклімат у приміщеннях, але й захистить стіни від будь-яких механічних впливів. Великий град розбиває вініловий сайдинг і залишає вм'ятини на звичайній піщаній штукатурці. Шквалистий вітер, що несе із собою сміття та гілки дерев, також може пошкодити фасад. Але на обробці з додаванням карбонових волокон не залишиться жодного сліду. Тим більше не страшні їй такі побутові дії, як удари м'ячем чи шайбою у дитячих іграх.
«Зазвичай для захисту цокольної частини фасаду від випадкових пошкоджень використовують облицювання каменем, наприклад, керамогранітом, – зазначає Данило Мазуров керівник відділу оптового продажу московської будівельно-торгівельної компанії «ПКК Інтербудтехнології». - Але для обробки цокольної частини житлового комплексу, який зараз будується на півдні Москви, ми вирішили спробувати штукатурну систему з карбоном. У порівняльних випробуваннях вона показувала дуже вражаючі результати.
Вадим Пащенко, керівник напряму WDVS Московського регіонального відділу компанії CAPAROL, називає ще один цінний наслідок застосування в штукатурній системі армуючих компонентів із карбоновими волокнами: фасад стає стійким до температурних деформацій. Для архітекторів і власників приватних будинків це означає повну свободу в самовираженні - можна пофарбувати стіни будинку в будь-які темні та насичені кольори. З традиційною цементно-піщаною штукатуркою такі експерименти можуть закінчитися сумно. Темна поверхня стіни занадто швидко нагрівається під сонячним промінням, що призводить до утворення тріщин на зовнішньому захисно-декоративному шарі. Але для фасадної системи з карбоновими волокнами такої проблеми немає.
Зараз по всій Європі починають з'являтися приватні котеджі, що виділяються на загальному тлі, і комерційні будівлі, школи і дитячі садки, яким карбон допоміг набути виразних і насичених кольорів. У міру того, як російські приватні домовласники починають експериментувати з квітами фасадів, відходячи від традиційних пастельних відтінків, ця інноваційна технологія стає затребувана і в нашій країні.
Покоління Next
Без карбону нині неможливо уявити жодну високотехнологічну галузь. Він стає все доступнішим і для звичайних людей. Зараз ми можемо придбати вуглепластикові лижі, сноуборди, гірські черевики, спінінги та велосипеди, шоломи та інше спортивне екіпірування.
Але на зміну йому вже йде нове покоління матеріалів - вуглецеві нанотрубки, які в десятки разів міцніше стали і мають масу інших найцінніших властивостей.
Схематичне зображення нанотрубки
Так, канадський виробник одягу Garrison Bespoke розробив чоловічий костюм, зроблений з тканини на основі вуглецевих нанотрубок. Така тканина зупиняє кулі до сорока п'ятого калібру і захищає від колючих ножових поранень. Крім того, вона на 50% легша за кевлар - синтетичний матеріал, що використовується для виготовлення бронежилетів. Подібні костюми напевно увійдуть у моду серед бізнесменів та політиків.
До найфантастичніших застосувань карбонових нанотрубок належить космічний ліфт, який дозволить доставляти на орбіту вантажі без дорогих і небезпечних запусків ракет. Його основою має стати надміцний трос, простягнутий від поверхні планети до космічної станції, що знаходиться на геостаціонарній орбіті на висоті 35 тис. км. над Землею.
Ця ідея була запропонована ще великим російським ученим Костянтином Ціолковським у 1895 році. Але досі проект здавався нездійсненним з технічних причин, адже не було відомо матеріалів, з яких можна зробити такий міцний трос. Проте відкриття вуглецевих нанотрубок на початку 1990-х років. змусило переглянути межі можливого. Сткана з карбонових нанотрубок нитка міліметрової товщини здатна витримати навантаження приблизно 30 тонн. Отже, дешеві та безпечні подорожі на орбіту в кабіні космічного ліфта з фантастичного сюжету перетворюються на практичне завдання для інженерів.
Відомо, що солідний показник міцності на розтяг, щодо власної ваги, якою володіє вуглепластик, є унікальним досягненням матеріалу і відкриває райдужні перспективи використання в народному господарстві. Використання карбону в сучасному будівництві поки що не прийняло широкомасштабного використання, хоча карбон купити в даний час не складає труднощів. Але прості та надійні методи застосування обіцяють бути довгими.
Вуглецеве волокно
Перше отримання вуглецевих волокон в результаті піролізу віскозного волокна та використання для ниток розжарювання було запатентовано Едісон наприкінці XVIII століття.
Підвищений інтерес до волокна виник у XX столітті в результаті пошуку матеріалу компонентів композиту під час виготовлення двигунів ракет і літаків.
За своїми якостями: термостійкості та теплоізоляційним властивостям, а також корозійної стійкості, карбоновому волокну не було рівних.
Характеристики перших зразків поліакрилонітрильних (ПАН) волокон були невисокі, але вдосконалення технології дозволило отримати вуглеводневі волокна міцністю 2070 МПа карбонового волокна і модулем пружності 480 ГПа.
Сьогодні, вуглепластик або карбон має масштабний спектр застосування у будівництві:
- для системи зовнішнього армування
- для ремонту несучих конструкцій складів та мостів, промислових та житлових будівель.
Використання виробів із вуглецевого волокна надає можливість проведення будівельних заходів, порівняно з існуючими способами реконструкції чи армування, швидко та якісно.
Але розповідь про досягнення карбону була б неповною, якщо не відзначити її використання при виготовленні авіаційних деталей.
Досягнення вітчизняних авіавиробників складають здорову конкуренцію компанії Mitsubishi Heavy Industries, яка виробляє деталі Boeing 787.
Виробництво полімерних виробів
Полімерний матеріал – карбон являє собою тонковолоконні нитки від 5 до 15 мкм, утворені атомами вуглецю і об'єднаними в мікрокристали. Саме вирівнювання при орієнтації кристалів надає ниткам гарну міцність та розтягування, незначний. питома вагата коефіцієнт температурного розширення, хімічну інертність.
Виробничі процеси одержання ПАН волокон пов'язані з технологією автоклава та подальшим просоченням для зміцнення смолою. Вуглецеве волокно просочують пластиком (препрег) і просочують рідким пластиком, зміцнюючи нитки волокна під тиском.
За фізичними характеристиками вуглецеве волокно поділено на типи:
- високоміцні карбонові волокна (склад 12000 безперервних волокон)
- волокна карбонізовані вуглецеві загального призначення(кручена нитка з 2-х і більше волокон завдовжки до 100 мм).
Вуглепластикові конструкції, армовані виробами з матеріалу, зменшують вагу конструкції на 30%, а хімічна інертність дозволяє використовувати карбонові тканини при очищенні агресивних рідин та газів від домішок як фільтр.
Виробництво вуглецевого волокна представлено у цьому відео.
Номенклатура виробів із карбонового волокна
карбонові тканини
Головним виробом із високомодульного волокна карбону є вуглецева (карбонова) тканина товщиною 1,6 – 5,0 мм, що має структуру плетеного полотняного переплетення щільністю від 520 до 560 г/м².
Карбонові тканини, володарі нульового коефіцієнта лінійного розширення, мають високу стійкість до деформацій та корозії.
Характеристиками стандартних вуглецевих тканин є:
Параметрами карбонових тканин є:
- ширина полотна 1000-2000мм
- вміст вуглецю 98,5%
- густина 100-640 г/м2
- товщина 0,25–0,30 мм.
Крім карбонових тканин основними виробами високомодульного волокна є стрічки та шнури.
Розрізняють такі види плетіння тканин карбонових, які певною мірою впливають на рухливість виробу:
- полотняне переплетення, створене за принципом переплетення кожної нитки основи з ниткою 1/1, створюючи кращу міцність і рухливість тканини
- сатинове переплетення, при якому одна нитка качка переплітає 4-5 ниток основи, зменшуючи можливість сильного вигину тканини
- саржеве переплетення, у якого кількість ниток основи перекрита такою самою кількістю ниток качка.
Прикладом можливості саржевого переплетення є кольорова карбонова тканина. Карбонову різнобарвну тканину успішно використовують при створенні кевларового одягу і речей, що відрізняються гігроскопічності і здатністю до повітрообміну. Кевлар з технічних ниток з різною щільністю і структурою вже узвичаївся авто і військової індустрії, потіснивши склополотно і сталь.
Переваги карбону яскраво виражені у виробах із карбонізованого вуглепластику.
вироби з карбонізованого волокна
Номенклатура виробів з карбонізованого волокна більш розширена та представлена:
- вуглецевою тканиною карбонізованою RK-300 (замінник склотканини)
- тканиною з одностороннім алюмінієвим покриттям RK-300AF (покращені властивості за рахунок термоекрана дозволяють використовувати карбон як теплоізоляційний обмотувальний матеріал)
- вуглецевими конструкційними тканинами 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k
- карбонізованими стрічками та шнурами.
Тканина з карбонового або карбонізованого волокна відмінно виконує функції армування, незалежно від типу наповнювача.
Крім того, з використанням карбонізованих волокон виготовляють екрани, що поглинають ЕМІ, термопари та електроди, а також радіотехнічні вироби.
виробництво басейнів з карбоновим посиленням
При виробництві басейнів з посиленням з карбону в технологію вводять етап додавання в керамічний шар карбонове посилення, дерев'яний бальс і спінений каучук. Підставою створення подвійного каркасу чаші басейнів з карбоновим посиленням послужили побудовані епюри навантаження та допустима напруга на матеріал.
Зробимо, висновок, що популярність використання карбонового волокна, що набирає обертів, в перспективі зможе витіснити з ринку армуючі матеріали.
Вуглепластики - це композиційні матеріали на основі вуглецевих волокон та полімерних сполучних, де для армування використовуються різні видивуглецевих волокон та волокнистих матеріалів.
Одержання вуглепластиків
Основні методи одержання композитів, армованих вуглецевими волокнами, є звичайними для волокнистих матеріалів. Отримують вуглепластики зазвичай із заздалегідь підготовлених препрегів, використовуючи методи пресування, пултрузії, викладки з подальшим пресуванням. Вуглецевим волокнам притаманна висока крихкість, що потребує обережності при їх переробці у вуглепластики: необхідно проводити пресування при високих тисках, а також уникати різких перегинів армуючих наповнювачів.
Для зручності застосування на основі вуглецевих та графітованих волокон та полімерних смол випускають премікси, препреги, прес-волокніти, тобто. матеріали, що містять задану кількість армуючого наповнювача та полімерної матриці, підготовлені для виготовлення деталей та виробів.
Як сполучні застосовують найчастіше термореактивні смоли - епоксидні, фенольні, поліімідні, які забезпечують високу адгезію та високий ступінь реалізації механічних властивостей вуглецевих волокон, а також термостійкі термопласти: ароматичні поліаміди, полісульфони, полікарбонати. Застосування низькоплавких термопластів типу поліолефінів, аліфатичних поліамідів мало доцільно, оскільки вони не дозволяють реалізувати багато властивостей вуглецевих наповнювачів.
Високоміцні та високомодульні вуглепластики виготовляють із відповідних видів вуглецевих ниток, джгутів та стрічок з високими механічними характеристиками. Для найбільш повної реалізації механічних властивостей вуглецевих наповнювачів використовується переважно односпрямоване та перехресне укладання.
Властивості вуглепластику
Склад вуглепластиків визначається вимогами до виробів, що виготовляються з них. До вуглепластиків на основі карбонованих або графітованих волокон відносяться: прес-матеріали на основі вуглецевих (звичайно карбонованих) нетканих матеріалів та різаних волокон; вуглетекстоліти на основі вуглецевих (карбонізованих) та графітованих тканин; високоміцні та високомодульні вуглепластики на основі вуглецевих (графітованих) ниток, стрічок, джгутів у вигляді профілів, намотаних виробів, листів.
Графітовані волокна та волокнисті матеріали мають вищі механічні та термічні властивості, проте вони досить дорогі.
Механічні властивості вуглепластиків у напрямку армування визначаються значною мірою властивостями армуючих волокон та їх розташуванням, щонайменше вони залежать від сполучного. Температурні характеристики вуглепластиків визначаються переважно властивостями сполучних.
Вуглець-вуглецеві матеріали можуть експлуатуватися при високих температурах, а в інертному середовищі - до 2500°С.
Застосування вуглепластиків
Вуглецеві прес-матеріали та текстоліти служать для виготовлення різних деталей, як антифрикційні, хемостійкі та ін. З них виготовляють, зокрема, вкладиші підшипників. На основі прес-волокнітів та листових вуглецевих препрегів з фенольними та іншими хемостійкими матрицями виготовляють деталі насосів, арматуру, теплообмінники, композиційні хемостійкі покриття на металевих виробах (найчастіше ємностях та іншій хімічній апаратурі). Вуглепластики використовуються також замість матеріалів, що раніше застосовувалися на основі азбесту (фаоліт).
Вуглепластики на основі фенольних та поліімідних сполучних, а також вуглець-вуглецеві матеріали використовуються як високотермостійкі конструкційні вироби та покриття. Вибір зазначених сполучних обумовлений тим, що при карбонізації вони перетворюються на кокс з високим виходом по вуглецю, утворюючи при цьому досить міцну вуглецеву матрицю.
Високоміцні та високомодульні вуглепластики, а також вуглетекстоліти застосовуються для виготовлення найбільш відповідальних деталей та виробів у літальних апаратах, у судах, інших транспортних засобах, медичній техніці, у спортивних виробах, протезах.
Термопласти, що містять вуглецеві волокна у кількості до 2-3%, застосовуються як антистатичні матеріали. Ефективність застосування вуглецевих волокон як наповнювача істотно вища, ніж традиційних добавок технічного вуглецю, так як волокна утворюють електропровідну сітку в матеріалі при істотно меншому їх змісті.
Вуглецеві матеріали мають і медичні сфери застосування: живий організм їх не відкидає. Тому якщо скріпити зламану кістку штифтом на основі вуглепластику, а пошкоджене сухожилля замінити легкою та міцною вуглецевою стрічкою, то організм не сприйме цей матеріал як чужорідний.
Можна виділити такі області застосування вуглецевого волокна та вуглепластика:
Ракетобудування, авіабудування (самолетобудування, вертольотобудування, мала авіація);
Суднобудування (військові кораблі, спортивне суднобудування);
Автомобілебудування (спортивні автомобілі, мотоцикли, тюнінг);
засоби спортінвентарю (велосипеди, тенісні ракетки, вудки);
Спеціальні вироби (лопаті вітряних електрогенераторів тощо).
Вуглецеве волокно- матеріал, що складається з тонких ниток діаметром від 3 до 15 мікрон, утворених переважно атомами вуглецю. Атоми вуглецю об'єднані мікроскопічні кристали, вирівняні паралельно один одному. Вирівнювання кристалів надає волокну більшої міцності на розтяг. Вуглецеві волокна характеризуються високою силою натягу, низькою питомою вагою, низьким коефіцієнтом температурного розширення та хімічною інертністю.
Виробництвом вуглецевого волокна в Росії займається компанія ТОВ «Композит-Волокно», що входить до холдингу "Композит"
Вуглецеве волокно є основою для виробництва (або карбонопластиків, від "carbon", "carbone" - вуглець). Вуглепластики - полімерні композиційні матеріали з переплетених ниток вуглецевого волокна, розташованих у матриці з полімерних (частіше епоксидних) смол.
Вуглецеві композиційні матеріали відрізняються високою міцністю, жорсткістю і малою масою, часто міцніше за сталі, але набагато легше.
Виробництво полімерних матеріалів
Наша пропозиція
Виробництво полімерних матеріалів потребує значного досвіду. Для досягнення прийнятих стандартів якості потрібні не лише кваліфіковані співробітники, а й налагоджена технологія виготовлення виробів. З цих причин всі представлені мають високу якість, гарантують досягнення поставлених перед ними завдань і мають регулярні позитивні відгуки.
У каталозі ви зможете підібрати вироби для таких сфер:
- машинобудування;
- космічна та авіаційна промисловість;
- вітроенергетика;
- будівництво;
- спортивний інвентар;
- товари народного споживання
Наше виробництво виробів із полімерних матеріалівможе забезпечити вас тією кількістю виробів, яка вам буде потрібна. Відсутні обмеження щодо обсягу замовлення. При цьому ви можете розраховувати на повну консультацію від професіоналів та оперативне виконання поставлених завдань. Виробництво полімерних матеріалів у Росії, яке ми здійснюємо, дає можливість придбання необхідних одиниць каталогу оптової системи. Вивчіть наш каталог, а також, якщо у вас залишилися питання - не відкладайте їх на потім і звертайтеся прямо зараз до нашої служби підтримки.
Чому ціна на вуглеволокно така висока?
Великі витрати енергії – основна причина високої собівартості вуглецевого волокна. Втім, це з лишком компенсується вражаючим результатом. Навіть не віриться, що все починалося з «м'якого та пухнастого» матеріалу, що міститься в досить прозових речах і відомих не лише співробітникам хімічних лабораторій. Білі волокна - звані сополімери полиакрилонитрила - широко застосовують у текстильної промисловості. Вони входять до складу плательних, костюмних та трикотажних тканин, килимів, брезента, оббивних та фільтруючих матеріалів. Іншими словами, сополімери поліакрилонітрилу присутні скрізь, де на етикетці, що додається, згадано акрилове волокно. Деякі з них «несуть службу» як пластмаси. Найбільш поширений серед таких – АБС-пластик. Ось і виходить, що «двоюрідних родичів» у карбону повно. Карбонова нитка має вражаючі показники за зусиллям на розрив, але її здатність «тримати удар» на вигин «підкачала». Тому, для рівної міцності виробів, краще використовувати тканину. Організовані в певному порядку волокна «допомагають» одне одному впоратися із навантаженням. позбавлені такої переваги. Однак, задаючи різну орієнтацію шарів, можна домогтися міцності в потрібному напрямку, значно заощадити на масі деталі і зайво не посилювати непринципові місця.
Що таке карбонова тканина?
Для виготовлення карбонових деталей застосовується як просто вуглецеве волокно з хаотично розташованими нитками, що заповнюють весь об'єм матеріалу, так і тканина (Carbon Fabric). Існують десятки видів плетив. Найбільш поширені Plain, Twill, Satin. Іноді плетіння умовно – стрічка з поздовжньо розташованих волокон «прихоплена» рідкісними поперечними стібками лише для того, щоб не розсипатися. Щільність тканини, або питома маса, виражена г/м2, крім типу плетіння залежить від товщини волокна, яка визначається кількістю вугленит. Ця характеристика кратна тисячі. Так, абревіатура 1К означає тисячу ниток у волокні. Найчастіше в автоспорті та тюнінгу застосовуються тканини плетіння Plain та Twill щільністю 150–600 г/м2, з товщиною волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K та 24К. Тканина 12К широко використовується і у виробах військового призначення (корпусу та головки балістичних ракет, лопаті гвинтів вертольотів та підводних човнів тощо), тобто там, де деталі зазнають колосальних навантажень.
Чи буває кольоровий карбон? Жовтий карбон буває?
Часто від виробників тюнінгових деталей і, як наслідок, від замовників можна почути про «сріблястий» або «кольоровий» карбон. «Срібний» або «алюмінієвий» колір - лише фарба або металізоване покриття на склотканини. І називати карбоном такий матеріал недоречно – це склопластик. Втішно, що і в цій галузі продовжують з'являтися нові ідеї, але за характеристиками склу з вуглецевим вугіллям ніяк не зрівнятися. Кольорові тканини найчастіше виконані з кевлару. Хоча деякі виробники тут застосовують скловолокно; зустрічається навіть пофарбовані віскоза та поліетилен. При спробі заощадити замінивши кевлар на згадані полімерні нитки, погіршується адгезія такого продукту зі смолами. Ні про яку міцність виробів з такими тканинами не може бути й мови. Зазначимо, що "Кевлар", "Номекс" та "Тварон" - патентовані американські марки полімерів. Їхня наукова назва «араміди». Це родичі нейлонів та капронів. У Росії є власні аналоги – СВМ, «Русар», «Терлон» СБ та «Армос». Але, як часто буває, найбільш «розкручена» назва – «Кевлар» – стала іменем загальним для всіх матеріалів.
Що таке кевлар та які у нього властивості?
За ваговими, міцністю та температурними властивостями кевлар поступається вуглеволокну. Здатність же кевлара сприймати згинальні навантаження значно вища. Саме з цим пов'язана поява гібридних тканин, у яких карбон та кевлар містяться приблизно порівну. Деталі з вугільно-арамідними волокнами сприймають пружну деформацію краще, ніж карбонові вироби. Проте є й мінуси. Карбон-кевларовий композит менш міцний. Крім того, він важчий і «боїться» води. Арамідні волокна схильні вбирати вологу, від якої страждають і вони самі, і більшість смол. Справа не тільки в тому, що «епоксидка» поступово руйнується водно-сольовим розчином на хімічному рівні. Нагріваясь і охолоджуючись, а взимку взагалі замерзаючи, вода механічно розхитує матеріал деталі зсередини. І ще два зауваження. Кевлар розкладається під впливом ультрафіолету, а формований матеріал у смолі втрачає частину своїх чудових якостей. Високий опір розриву та порізам відрізняють кевларову тканину лише у «сухому» вигляді. Тому свої найкращі властивості араміди виявляють в інших областях. Мати, зшиті з кількох шарів таких матеріалів, - основний компонент виробництва легких бронежилетів та інших засобів безпеки. З ниток кевлару плетуть тонкі та міцні корабельні канати, роблять корд у шинах, використовують у приводних ременях механізмів та ременях безпеки на автомобілях.
А чи можна обклеїти деталь карбоном?
Непереборне бажання мати у своїй машині деталі у чорно-чорну або чорно-кольорову клітину призвели до появи дивовижних сурогатів карбону. Тюнінгові салони обклеюють дерев'яні та пластмасові панелі салонів вуглецевою тканиною та заливають незліченними шарами лаку, з проміжною ошкурюванням. На кожну деталь йдуть кілограми матеріалів та маса робочого часу. Перед працьовитістю майстрів можна схилятися, але такий шлях нікуди не веде. Виконані в подібній техніці прикраси часом не витримують температурних перепадів. Згодом з'являється павутиння тріщин, деталі розшаровуються. Нові деталі неохоче встають на штатні місця через велику товщину лакового шару.
Як виготовляються карбонові та/або композитні вироби?
Технологія виробництва цих грунтується на особливостях застосовуваних смол. Компаундів, так правильно називають смоли, безліч. Найбільш поширені серед виробників склопластикових обважень поліефірна та епоксидна смоли холодного затвердіння, проте вони не здатні повністю виявити всі переваги вуглеволокна. Насамперед, через слабку міцність цих сполучних компаундів. Якщо додати до цього погану стійкість до впливу підвищених температур і ультрафіолетових променів, то перспектива застосування більшості поширених марок дуже сумнівна. Зроблений із таких матеріалів карбоновий капот протягом одного спекотного літнього місяця встигне пожовтіти і втратити форму. До речі, ультрафіолет не люблять і «гарячі» смоли, тому, для збереження деталі варто покривати хоча б прозорим автомобільним лаком.
Компаунди холодного твердіння.
«Холодні» технології дрібносерійного випуску маловідповідальних деталей не дозволяють розвернутися, оскільки мають інші серйозні недоліки. Вакуумні способи виготовлення композитів (смола подається в закриту матрицю, з якої відкачано повітря) вимагають тривалої підготовки оснастки. Додамо до цього і перемішування компонентів смоли, що «вбиває» масу часу, що теж не сприяє продуктивності. Говорити про ручну виклейку взагалі не варто. Метод напилення рубаного волокна в матрицю не дозволяє використовувати тканини. Власне, все ідентично до склопластикового виробництва. Просто замість скла застосовується вугілля. Навіть самий автоматизований процес, який до того ж дозволяє працювати з високотемпературними смолами (метод намотування), підходить для вузького переліку деталей замкнутого перерізу і вимагає дуже дорогого обладнання.
Епоксидні смоли гарячого затвердіння міцніші, що дозволяє виявити якості в повній мірі. У деяких гарячих смол механізм полімеризації при кімнатній температурі запускається дуже повільно. На чому, власне, і заснована так звана технологія препрегів, яка передбачає нанесення готової смоли або вуглеволокно задовго до процесу формування. Приготовлені матеріали просто чекають свого часу на складах.
Залежно від марки смоли час рідкого стану зазвичай триває від кількох годин до кількох тижнів. Для продовження термінів життєздатності, підготовлені препреги, іноді зберігають у холодильних камерах. Деякі марки смол живуть роками в готовому вигляді. Перш ніж додати затверджувач, смоли розігрівають до 50-60 °C, після чого, перемішавши, наносять за допомогою спеціального обладнання на тканину. Потім тканину прокладають поліетиленовою плівкою, згортають у рулони та охолоджують до 20–25 °C. У такому вигляді матеріал зберігатиметься дуже довго. Причому остигла смола висихає і стає практично непомітною на поверхні тканини. Безпосередньо при виготовленні деталі нагріта речовина стає рідкою як вода, завдяки чому розтікається, заповнюючи весь обсяг робочої форми і процес полімеризації прискорюється.
Компаунди гарячого твердіння.
«Гарячих» компаундів безліч, причому у кожної власні температурні і часові режими затвердіння. Зазвичай, чим вище необхідні показання термометра в процесі формування, тим міцніший і стійкіший до нагрівання готовий виріб. Виходячи з можливостей наявного обладнання та необхідних характеристик кінцевого продукту, можна не тільки вибирати відповідні смоли, а й робити їх на замовлення. Деякі вітчизняні заводи-виробники пропонують таку послугу. Звичайно, не безкоштовно.
Препреги якнайкраще підходять для виробництва карбону в автоклавах. Перед завантаженням у робочу камеру потрібна кількість матеріалу ретельно укладається в матриці та накривається вакуумним мішком на спеціальних розпірках. Правильне розташування всіх компонентів дуже важливе, інакше не уникнути небажаних складок, що утворюються під тиском. Виправити помилку згодом буде неможливо. Якби підготовка велася з рідким сполучним, то стала справжнім випробуванням для нервової системи робітників з неясними перспективами успіху операції.
Процеси, що відбуваються всередині установки, невигадливі. Висока температура розплавляє сполучну і «включає» полімеризацію, вакуумний мішок видаляє повітря та надлишки смоли, а підвищений тиск у камері притискає всі шари тканини до матриці. Причому відбувається все одночасно.
З одного боку, одні переваги. Міцність такого практично максимальна, об'єкти найвигадливішої форми робляться за один «присідання». Самі матриці не монументальні, оскільки тиск рівномірно розподілений у всіх напрямках і не порушує геометрію оснастки. Що означає швидку підготовку нових проектів? З іншого боку, нагрівання до кількох сотень градусів і тиск, що часом сягає 20 атм., роблять автоклав дуже дорогою спорудою. Залежно від його габаритів, ціни на обладнання коливаються від декількох сотень тисяч до декількох мільйонів доларів. Додамо до цього нещадне споживання електроенергії та трудомісткість виробничого циклу. Результат – висока собівартість продукції. Є, втім, технології дорожчі та складніші, чиї результати вражають ще більше. Вуглець-вуглецеві композиційні матеріали (УУКМ) в гальмівних дисках на болідах Формули-1 і в соплах ракетних двигунів витримують жахливі навантаження при температурах експлуатації, що досягають 3000 C. Цей різновид карбону отримують шляхом графітизації термореактивної смоли, якої просочують. Операція чимось схожа на виробництво самого вуглеволокна, тільки відбувається при тиску 100 атмосфер. Так, великий спорт та військово-космічна сфера діяльності здатні споживати штучні речі за «захмарними» цінами. Для тюнінгу і, тим більше, для серійної продукції таке співвідношення ціни-якості неприйнятне.
Якщо рішення знайдено, воно виглядає настільки простим, що дивуєшся: «Що заважало додуматися раніше?». Тим не менш, ідея розділити процеси, що відбуваються в автоклаві, виникла через роки пошуку. Так з'явилася і почала набирати обертів технологія, що зробила гаряче формування карбону схожим на штампування. Препрег готується як сендвіча. Після нанесення смоли тканина з обох боків покривається або поліетиленовою або більш термостійкою плівкою. Бутерброд пропускається між двох валів, притиснутих один до одного. При цьому зайва смола і небажане повітря видаляються приблизно так само, як і при віджимі білизни в пральних машинахзразка 1960-х років. У матрицю препрег вдавлюється пуансоном, який фіксується різьбовими з'єднаннями. Далі вся конструкція міститься в термошафі.
Тюнінгові фірми виготовляють матриці з того ж карбону та навіть міцних марок алебастру. Гіпсові робочі форми, щоправда, недовговічні, але пара-трійка виробів їм цілком під силу. Більше «просунуті» матриці робляться з металу і іноді оснащуються вбудованими нагрівальними елементами. У серійному виробництві вони є оптимальними. До речі, метод підходить і для деяких деталей перетину. В цьому випадку легкий пуансон із спіненого матеріалу залишається всередині готового виробу. Антикрило Mitsubishi Evo – приклад такого роду.
Механічні зусилля змушують думати про міцність оснастки, та й система матриця – пуансон вимагає або 3D-моделювання, або модельника екстра-класу. Але це все ж таки в сотні разів дешевше технології з автоклавом.
Олексій Романов редактор журналу "ТЮНІНГ Автомобілів"
Для багатьох автолюбителів бажання тюнінгувати свій автомобіль стало по-справжньому нав'язливою ідеєю. Хочеться змінити свого «залізного коня», зробити його яскравішим, несхожим на інших. Так, одним із найбільш популярних напрямів зовнішнього та внутрішнього тюнінгу є використання карбону. Але який він цей матеріал, які має переваги і недоліки, як його можна використовувати. Давайте розберемося з цими питаннями докладніше.
Що таке карбон і чим він відрізняється від вуглепластику?
Виробництво такого популярного композитного матеріалу було налагоджено вже давно. На початку 20 століття англійці з Фарнборо продемонстрували публіці перші деталі, виконані з цього диво-матеріалу. У його основі - величезна кількість переплетених вуглецевих ниток, які кріпляться між собою за допомогою епоксидної смоли. Щоб надати матеріалу максимальної міцності вони укладаються під певним кутом один до одного. Саме вуглецеві нитки є основним елементом цього композитного матеріалу. Незважаючи на свою мінімальну товщину їх неможливо зламати або порвати. Малюнок сучасного скловолокнистого полімеру може бути виконаний у вигляді рогожі, ялинки та інших фігур.
Карбоновий задній дифузор
Карбон активно застосовується у багатьох сферах життя, але у тюнінгу автомобілів найбільше. З цього матеріалу виготовляються спойлери, капоти, різні елементи салону та кузова. Якщо ви зібралися будувати надлегше корч, то використання цього вуглецевого матеріалу просто необхідне. Крім цього, карбон знайшов своє застосування не тільки в авто – його активно використовують для виробництва основних деталей катерів, снігоходів, мотоциклів та інших видів транспорту.
Переваги та недоліки вуглепластику
Матеріал «карбон» досить специфічний за своєю структурою та особливостями, тому в нього є як позитивні, так і негативні сторони. До основних переваг можна віднести легкість та міцність. Що стосується міцності, то завдяки особливому плетенню ниток цей композитний матеріал і зовсім не поступається багатьом сучасним металам. Вага карбону майже наполовину менша, ніж у сталі і на 1/5 менше, ніж у алюмінію.
Карбон: яка міцність на розрив?
Чи чули про унікальну міцність скловолокна? Так ось, деталь, виконана з карбону, має набагато кращими характеристикамив цьому відношенні. Тому саме цей композит застосовується у автоспорті, де особливу увагуприділяється безпеці пілотів та досягненню результату. Будь-яке зниження ваги боліда за збереження максимального рівня міцності – це лише плюс.
Двері та капот
Наскільки цей вуглепластик міцніший за метал?
Але є карбона і явні недоліки. Багато любителів тюнінгу від покупки вуглепластикових елементів "відмовляє" висока вартість. Якщо порівнювати з тим самим скловолокном, то карбон набагато дорожчий. Як причину можна навести якраз унікальну технологічну складність процесу виробництва. Та й самі вихідні матеріали обходяться виробникам у «копієчку». Наприклад, склеювання різних шарів у матеріалі здійснюється за допомогою якісних та дорогих смол. Крім того, компанії-виробники для випуску карбону змушені закуповувати спеціалізоване та дороге обладнання.
Задній спойлер
Але це не всі недоліки популярного матеріалу для тюнінгу. Як показує практика, цей композитний матеріал дуже боїться точкових та сильних ударів. Достатньо сильного впливу навіть дрібного камінця, щоб наскрізь пробити карбоновий елемент автомобіля. Вже за кілька років експлуатації той самий капот може мати вигляд справжнього решета. Крім цього, карбон дуже не любить сонячних променів. Якщо не ховати автомобіль у гараж і залишати його на вулиці, то незабаром початковий колір буде втрачено.
Каркас та розтяжки
Ми вже згадували про чутливість цього композиту до різних ударів. Так от, при пошкодженні цей матеріал неможливо ухвалити. Єдиним виходом для автолюбителя є лише повна замінадеталі, а це, як ви зрозуміли, серйозні витрати.
Капот із вуглеволокна
Чи можлива імітація карбону?
Звичайному автоаматору все одно, наскільки міцним чи легким є карбон. Головне, що він дуже гарно виглядає – саме це приваблює любителів тюнінгу. Тому немає необхідності використовувати оригінальний дорогий матеріал – достатньо його імітації.
Дверні ручки "під-карбон"
Плівки ПВХ
Сьогодні можна імітувати карбон кількома різними методами. Найбільшу популярність (саме через свою доступність) набула спеціальна ПВХ плівка, що дублює оригінальний малюнок. Подібних «замінників» сьогодні безліч, у різному виконанні. За допомогою будівельного фена та плівки можна обклеїти практично будь-яку деталь інтер'єру та екстер'єру автомобіля, надавши їй незвичайний вигляд карбону. Звичайно, обтягнути дрібні елементи з першого разу не завжди виходить, але якщо потренуватися, то це завдання стає здійсненним. Якщо у роботі таки виникають проблеми, то завжди можна звернутися до майстрів своєї справи. Організацій, що займаються подібним видом тюнінгу, сьогодні достатньо.
Аквадрук
Другий варіант імітації карбону – так звана аквадрук. Тут також здійснюється обклеювання спеціальною плівкою, але накладається воно під тиском води. Зробити таку роботу в «гаражних» умовах вже не вийде – потрібне додаткове обладнання. Перевага такого методу полягає в більш високій якостітюнінгу. При цьому плівку, на відміну від минулого методу, можна наносити навіть на "фігуристі" деталі. Якщо обробка виконана якісно та з дотриманням технології, то зовнішній вигляд анітрохи не відрізнятиметься від справжнього карбону.
До речі, формулювання «кузов або салон під карбон» сьогодні дуже популярне. Так от, це зовсім не означає, що елементи виконані з дорогого матеріалу - просто зроблено обтяжку спеціальною плівкою за допомогою однієї з технологій, описаних вище.
Аерографія "під-карбон"
Раз ми вже почали описувати всі варіанти імітації, то маємо згадати і третій спосіб – нанесення аерографії. Звичайно, зрештою зовнішньому виглядуданий метод гірший, ніж два попередні, але у певних колах автолюбителів він також користується популярністю. Аерограф, на жаль, не здатний з точністю передати малюнок композиту – саме з цим виникають певні проблеми.
Як заощадити на купівлі та яка ціна питання?
У будь-якому разі композитний тюнінг сьогодні дуже популярний. Небагато витрат і можна перетворити свій автомобіль, зробити його впізнаваним та яскравим. крім цього, карбонова плівка, нанесена на зовнішні елементи кузова, здатна захистити метал та фарбу від зовнішніх впливів. Безперечно, краще використовувати натуральний карбон чи вуглепластиковий полімер. Але якщо необхідної суми немає, то плівка "під-карбон" - найкращий варіант.