Карбон что это за материал
Перейти к содержимому

Карбон что это за материал

  • автор:

Что такое углепластик или карбон?

что такое углепластик или карбон.jpg

Вы слышали про углепластик или карбон?

Углепластик, или карбон (от англ. carbon), — это современный, легкий, но очень прочный материал, применяемый в аэрокосмической отрасли, и незаменимый во многих отраслях промышленности (производство спортивного инвентаря, медицинского оборудования, автомобилестроение и так далее). Благодаря возможности его переработки и технологии производства карбоновые детали могут иметь различную форму и габаритные размеры.

На стадии проектирования ( расчета на прочность композитов ) задаются параметры будущего материала, и за счет определенной ориентации волокон в полимерной матрице, например, в эпоксидной смоле, достигается оптимальное соотношение веса и прочности. Карбон используется в тех изделиях, где его отношения веса к прочности имеет существенное значение. Это в свою очередь повышает экономическую выгоду, потому что при сочетании в себе множества достоинств данный материал стоит недешево, что связано с особенностями технологии его производства и немалой долей ручного труда, непосредственно в процессе изготовления деталей из карбона. Некоторые изделия из углепластика нелегко массово производить и поэтому такое производство обходится очень дорого. Если бы можно было сказать, что углеродное волокно имеет какие-либо недостатки, это были бы издержки производства.

Этот материал стал настолько популярен, что существует не мало других синтетических материалов, которые имитируют настоящее углеволокно. Тем не менее, имитации часто представляют собой только пластик, выполненный в виде структуры углеродного волокна или различные пленки. Carbon Composites использует только высококачественные углеткани.

Как получают углеродное волокно ?

Углеродные волокна изготавливаются путем термической обработки тончайших нитей углерода с последующей карбонизацией (т. е. нагрев в азотной среде) и графитизацией (т. е. насыщение углеродом для повышения прочности). Углеродные ткани (углеткани) получают путем плетения нитей или лент.

углеродное волокно получение.jpgполучение карбона.jpg

А то, что обычно называют углепластик или карбон, представляет собой материал, состоящий из углеродных тканей, лент, волокон, и при соединении с полимерной матрицей (эпоксидной смолой или другими полимерами) под действием тепла, давления и/или в вакууме образуется композитный материал, который является одновременно прочным и легким. Это делает его особенным.

Изделия из карбона от компании Carbon Composites

деталь из карбона.jpg

В последние годы производство изделий из углепластика заметно выросло, и во многих отраслях всё активнее применяется этот по-настоящему уникальный материал. Покупателям компании Carbon Composites доступны изделия из карбона на заказ, выполненные из композитных материалов, максимально подходящих под выбранный проект. Вы можете заказать карбоновые детали высокого качества, обладающие всеми преимуществами данного материала и изготовленные в строгом соответствии с технологией. Немаловажное преимущество изготовления изделий карбона на заказ — в том, что они могут формоваться как единое целое, что позволяет избежать появления слабых мест в конструкции (которые неизбежно возникают в металлических конструкциях из-за формирования изгибов и соединений). Карбон позволяет создавать цельные изделия, в которых нагрузка равномерно распределяется по всей площади. А поверхность из многочисленных нитей в составе углепластика очень красиво переливается на свету.

Используйте все преимущества углепластика (карбона) — материала будущего — заказывая продукцию в компании Carbon Composites.

Преимущество карбона перед другими материалами

Преимущество карбона перед другими материалами

Преимущество карбона перед другими материалами связанно с его выдающимися свойствами. В первую очередь это малый вес и вместе с тем потрясающая прочность, так же высокая стабильность и отличная сопротивляемость усталости. Сочетание всех этих достоинств в одном материале и делает его уникальным и незаменимым во многих отраслях.

carbon

Чтобы лучше понять, как один материал может обладать таким количеством замечательных свойств, необходимо знать, что такое карбон из чего и как его получают.

Карбон, он же углепластик, он же графит – чаще всего под этим термином подразумевают изделие, сделанное из композитного материала с применением углеволокна.

Композит подразумевает сочетание двух и более компонентов с разными свойствами. Например, папье-маше (волокна бумаги и клей), древесина (волокна целлюлозы и лигнин), армированные пластики (полимер и усиливающий материал), железобетон (металлический каркас и бетон).

Сами по себе компоненты этих материалов не обладают какими то уникальными прочностными характеристиками, но выступая в союзе, придают материалу новые свойства, где лучшие стороны одного материала дополняют лучшие стороны другого. Композитами можно считать практически все структуры, все ткани организмов растительного и животного мира. Поэтому, можно смело утверждать, что все самые совершенные материалы являются композиционными.

carbon_bike

В армированных пластиках на основе углеволокна в роли матрицы (полимерного связующего) выступает смола (полиэфирная, винил эфирная, эпоксидная, реже другие смолы), а усиливающую основу составляют, располагающиеся в ней, углеволокна.

carbon_scheme1

Смола удерживает волокна в заданном положении, т.е. поддерживает форму и задает начальную характеристику пластика. Волокна же, обеспечивают повышенные механические и физические свойства.

carbon_scheme2

Само углеволокно, производят из линейного полимера акрилонитрила (один из распространенных способов), аморфного вещества белого цвета. Вещество обрабатывается в автоклаве под большим давлением и высокой температуре. Температурная обработка состоит из нескольких условных этапов, которые обобщенно можно назвать – обугливанием синтетического волокна.

Первый – представляет собой нагрев исходного (вискозного или полиакрилонитрильного) волокна при высокой температуре, при этом происходит его обугливание.

Второй – «стадия карбонизации» — нагрев волокна в среде инертного газа при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование углеродных структур и удаление посторонних включений.

Третий – заключительная стадия графитизации – процесс термической обработки в инертной среде при температурах 1600-3000°С. На этой стадии происходит насыщение волокна углеродом и его содержание доводится до максимальной величины. Чем большей температуре подвергается волокно и дольше обрабатывается в печи, тем более качественным, и дорогим оно становится.

Так создаются очень тонкие волокна (около одного микрона в диаметре), имеющие чрезвычайно высокую осевую силу. Эти волокна сплетаются в нити, которые могут быть однонаправленными или сплетены в ткань.

Плетение ткани, в свою очередь, может иметь много видов. Распространенными являются: плейн (plain) – полотняное, простое, плетение; твил (twill) – саржевое, диагональное плетение (елочка); сатин (satin) – гладкая, блестящая лицевая поверхность, на которой преобладают уточные нити.

Говоря об углепластике нельзя не затронуть следующее важнейшее преимущество перед другими материалами – анизотропность. В отличие от металлов, которые обладают изотропностью (т.е. независимостью свойств от направления), углеволокна имеют выраженную анизотропию, т.е. четкую зависимость своих физических свойств от направления. Это уникальное свойство можно использовать для придания конструкции требуемых характеристик. Используя ориентацию волокон в изделии при создании, например, велосипедной рамы из карбона, инженер может увеличить торсионную жесткость при этом сделать ее упругой и податливой к продольным нагрузкам. Это свойство позволит раме лучше гасить удары.

carbon_bicycle

Кроме того, в отличие от металлов углепластик не ограничен свободой при выборе формы изделий. Если в металлической конструкции сложность формы ограничивается изгибами и соединениями (которые неизбежно снижают прочность и являются концентраторами нагрузки), то изделие из карбона может формоваться как единое целое, не зависимо от сложности конструкции. Это позволяет избежать появления слабых мест – концентраторов нагрузок, т.к. нагрузка распределяется по всей площади.

Также можно отметить отличные демпфирующие и фрикционные свойства углепластика. Благодаря последним, карбон все чаще используется в производстве сцеплений и тормозных механизмов hi-end класса.

carbon_brakes

Сочетание вышеперечисленных качеств делает этот удивительный материал незаменимым во многих отраслях. Не зря за последние десятилетия ассортимент изделий из карбона многократно вырос. Сегодня такие высокотехнологичные отрасли как космонавтика, авиация, профессиональный спорт невозможно представить без этого уникального, незаменимого, красивого материала. Материала настоящего и будущего – углепластика.

углеволокно, карбон, что это?! давайте разбираться вместе)))

Всем привет, наткнулся на интересную статью, тут на драйве 2, ну и решил ее откопировать себе, думаю многим будет интересно почитать, ибо самим как правило оень «по-Google-ть»)))
За статью спасибо говорим rules26 у него много чего интересного в блоге)
Сегодня мы поможем разобраться в одном из самых интересных материалов 21 века. Начнем с военных технологий, закончим тюнингом.
Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.
Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от «carbon», «carbone» — углерод). Углепластики — полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.
Углеродные композиционные материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.
Что такое карбон?
Слово «карбон» — своего рода профессиональный жаргонизм, точнее сокращение от английского Carbon Fiber (углеродное волокно), под эгидой которого, в общем понимании, объединилось огромное количество самых разных материалов. Примерно, как тысячи различных веществ с отличающимися физическими, химическими и техническими свойствами носят название «пластмасса». В случае с карбоном, общим для материалов стал углеволоконный наполнитель, но не связующее вещество, которое может быть разным. Даже полиэтиленовая пленка с впаянными в нее угольными нитями с полным правом может носить это гордое имя. Просто сложившейся классификации углепластиков еще нет.
Большинство современных материалов, применяемых в технике и, особенно, в автомобильной области, доходят до рядового потребителя по схожему сценарию. Новшества появляются в научных лабораториях обычно для нужд «оборонки». Затем, исполнив почетную обязанность по защите Отечества, они прокладывают себе дорогу через спорт и, как следствие, тюнинг к конвейеру. Так произошло и в случае с углеродными материалами.
Какое применение для карбона?
В последние годы проникновение карбона в конструкцию затюнингованных энтузиастами «аппаратов» приняло лавинообразный характер. Кроме того, углепластик все чаще и чаще упоминается в описаниях серийных машин. Этот материал, имеющий военно-космическую и спортивную предысторию, становится все популярнее. Прочность и легкость материалов ценятся конструкторами автомобилей уже давно, примерно с 50-х годов прошлого века. Сегодняшний прогресс технологий производства увеличивает соблазн применять больше композитов в новых разработках. Для владельца машины подобные детали ценны не только декоративностью рисунка углеродной ткани и завораживающей «переливчатостью» отраженного волокнами света, но и сохраняющейся аурой эксклюзивности. Со стороны производителя предложение карбоновых элементов в отделке — показатель технологической «продвинутости» фирмы.
Краткий курс истории.
Не нарушая сложившихся традиций, после «службы в армии» углепластик «занялся» спортом. Лыжники, велосипедисты, гребцы, хоккеисты и многие другие спортсмены по достоинству оценили легкий и прочный инвентарь. В автоспорте карбоновая эра началась в 1976 году. Сначала на машинах McLaren появились отдельные детали из диковинного черно-переливчатого материала, а в 1981 на трассу вышел McLaren MP4 с монококом, полностью изготовленным из углеволоконного композита. Так идея главного конструктора команды Lotus Колина Чепмена, создавшего в 1960-х несущую основу гоночного кузова, получила качественное развитие. Однако в то время новый материал был еще неведом технологам от автоспорта, потому неразрушаемую капсулу для McLaren изготовила американская компания Hercules Aerospace, обладающая опытом военно-космических разработок. Сейчас же в активе практически всех ведущих команд Формулы-1 есть собственное оборудование для выпуска карбоновых монококов, рычагов подвески, антикрыльев, спойлеров, сидений пилотов, рулей и даже тормозных дисков.
Что же такое КАРБОН или углеродное волокно?
Углеродное волокно состоит из множества тончайших нитей углерода. Прочность нитей на разрыв, сравнимая с прочностью легированной стали, при массе, меньшей, чем у алюминия, обуславливает высокие механические характеристики карбонов. Интересно, что наиболее распространенная технология получения столь прочного материала основана на методе «обугливания» волокон, по изначальным свойствам близким к шерсти. Исходный полимер белого цвета с мудреным названием полиакрилонитрил подвергается нескольким циклам нагрева в среде инертных газов. Сначала под воздействием высокой температуры (около 260 C) на молекулярном уровне изменяется внутренняя структура вещества. Затем при температурах повыше (около 700 C) атомы углерода «сбрасывают» водород. После нескольких «поджариваний» водород удаляется полностью. Теперь удерживавшие его силы направлены на упрочнение связей между оставшимися элементами. На шерсть материал уже не похож, однако его прочность еще далека от идеала. И процесс под названием графитизация продолжается. Повторяющиеся операции нагрева до 1300 C «очищают» почерневшее волокно уже от азота. Полностью избавиться от последнего не удается, однако его количество уменьшается. Каждый «шаг» делает содержание в веществе атомов углерода все больше, а их связь все крепче. Механизм упрочнения такой же, как и при «изгнании» водорода. Самая прочная продукция проходит несколько ступеней графитизации при температуре до 3000 C и обозначается аббревиатурой UHM.
Почему так дорого?
Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это с лихвой компенсируется впечатляющим результатом. Даже не верится, что все начиналось с «мягкого и пушистого» материала, содержащегося в довольно прозаических вещах и известных не только сотрудникам химических лабораторий. Белые волокна — так называемые сополимеры полиакрилонитрила — широко используются в текстильной промышленности. Они входят в состав плательных, костюмных и трикотажных тканей, ковров, брезента, обивочных и фильтрующих материалов. Иными словами, сополимеры полиакрилонитрила присутствуют везде, где на прилагающейся этикетке упомянуто акриловое волокно. Некоторые из них «несут службу» в качестве пластмасс. Наиболее распространенный среди таковых — АБС-пластик. Вот и получается, что «двоюродных родственников» у карбона полным-полно.
Угольная нить имеет впечатляющие показатели по усилию на разрыв, но ее способность «держать удар» на изгиб «подкачала». Поэтому, для равной прочности изделий, предпочтительнее использовать ткань. Организованные в определенном порядке волокна «помогают» друг другу справиться с нагрузкой. Однонаправленные ленты лишены такого преимущества. Однако, задавая различную ориентацию слоев, можно добиться искомой прочности в нужном направлении, значительно сэкономить на массе детали и излишне не усиливать непринципиальные места.
Что такое карбоновая ткань?
Сохранить в Альбом

plain
Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric). Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно — лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться.
Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.
Сохранить в Альбом

satin
Бывает ли цветной карбон? Желтый карбон бывает?
Часто от производителей тюнинговых деталей и, как следствие, от заказчиков можно услышать про «серебристый» или «цветной» карбон. «Серебряный» или «алюминиевый» цвет — всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно — это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается адгезия такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи.
Отметим, что «Кевлар», «Номекс» и «Тварон» — патентованные американские марки полимеров. Их научное название «арамиды». Это родственники нейлонов и капронов. В России есть собственные аналоги — СВМ, «Русар», «Терлон» СБ и «Армос». Но, как часто бывает, наиболее «раскрученное» название — «Кевлар» — стало именем нарицательным для всех материалов.
Сохранить в Альбом

twill2/2
Что такое кевлар и какие у него свойства?
По весовым, прочностным и температурным свойствам кевлар уступает углеволокну. Способность же кевлара воспринимать изгибающие нагрузки существенно выше. Именно с этим связано появление гибридных тканей, в которых карбон и кевлар содержатся примерно поровну. Детали с угольно-арамидными волокнами воспринимают упругую деформацию лучше, чем карбоновые изделия. Однако есть у них и минусы. Карбон-кевларовый композит менее прочен. Кроме того, он тяжелее и «боится» воды. Арамидные волокна склонны впитывать влагу, от которой страдают и они сами, и большинство смол. Дело не только в том, что «эпоксидка» постепенно разрушается водно-солевым раствором на химическом уровне. Нагреваясь и охлаждаясь, а зимой вообще замерзая, вода механически расшатывает материал детали изнутри. И еще два замечания. Кевлар разлагается под воздействием ультрафиолета, а формованный материал в смоле утрачивает часть своих замечательных качеств. Высокое сопротивление разрыву и порезам отличают кевларовую ткань только в «сухом» виде. Потому свои лучшие свойства арамиды проявляют в других областях. Маты, сшитые из нескольких слоев таких материалов, — основной компонент для производства легких бронежилетов и прочих средств безопасности. Из нитей кевлара плетут тонкие и прочные корабельные канаты, делают корд в шинах, используют в приводных ремнях механизмов и ремнях безопасности на автомобилях.
А можно обклеить деталь карбоном?
Непреодолимое желание иметь в своей машине детали в черно-черную или черно-цветную клетку привели к появлению диковинных суррогатов карбона. Тюнинговые салоны обклеивают деревянные и пластмассовые панели салонов углеродной тканью и заливают бесчисленными слоями лака, с промежуточной ошкуриванием. На каждую деталь уходят килограммы материалов и масса рабочего времени. Перед трудолюбием мастеров можно преклоняться, но такой путь никуда не ведет. Выполненные в подобной технике «украшения» порой не выдерживают температурных перепадов. Со временем появляется паутина трещин, детали расслаиваются. Новые же детали неохотно встают на штатные места из-за большой толщины лакового слоя.
Не принимайте это на свой счет, кто ищет тот найдет! Автор не претендует на истину в конечной инстанции.
Как производятся карбоновые и/или композитные изделия?
Технология производства НАСТОЯЩИХ карбоновых изделий основывается на особенностях применяемых смол. Компаундов, так правильно называют смолы, великое множество. Наиболее распространены среди изготовителей стеклопластиковых обвесов полиэфирная и эпоксидная смолы холодного отверждения, однако они не способны полностью выявить все преимущества углеволокна. Прежде всего, по причине слабой прочности этих связующих компаундов. Если же добавить к этому плохую стойкость к воздействию повышенных температур и ультрафиолетовых лучей, то перспектива применения большинства распространенных марок весьма сомнительна. Сделанный из таких материалов карбоновый капот в течение одного жаркого летнего месяца успеет пожелтеть и потерять форму. Кстати, ультрафиолет не любят и «горячие» смолы, поэтому, для сохранности, детали стоит покрывать хотя бы прозрачным автомобильным лаком.
Компаунды холодного твердения.
«Холодные» технологии мелкосерийного выпуска малоответственных деталей не позволяют развернуться, поскольку имеют и другие серьезные недостатки. Вакуумные способы изготовления композитов (смола подается в закрытую матрицу, из которой откачан воздух) требуют продолжительной подготовки оснастки. Добавим к этому и перемешивание компонентов смолы, «убивающее» массу времени, что тоже не способствует производительности. Это Россия, раслабся 😀 Метод же напыления рубленого волокна в матрицу не позволяет использовать ткани. Собственно, все идентично стеклопластиковому производству. Просто вместо стекла применяется уголь. Даже самый автоматизированный из процессов, который к тому же позволяет работать с высокотемпературными смолами (метод намотки), годится для узкого перечня деталей замкнутого сечения и требует оборудования.
Эпоксидные смолы горячего отверждения прочнее, что позволяет выявить качества карбонов в полной мере. У некоторых «горячих» смол механизм полимеризации при «комнатной» температуре запускается очень медленно. На чем, собственно, и основана так называемая технология препрегов, предполагающая нанесение готовой смолы на углеткань или углеволокно задолго до процесса формования. Приготовленные материалы просто ждут своего часа на складах.
В зависимости от марки смолы время жидкого состояния обычно длится от нескольких часов до нескольких недель. Для продления сроков жизнеспособности, приготовленные препреги, иногда хранят в холодильных камерах. Некоторые марки смол «живут» годами в готовом виде. Прежде чем добавить отвердитель, смолы разогревают до 50–60 C, после чего, перемешав, наносят посредством специального оборудования на ткань. Затем ткань прокладывают полиэтиленовой пленкой, сворачивают в рулоны и охлаждают до 20–25 C. В таком виде материал будет храниться очень долго. Причем остывшая смола высыхает и становится практически не заметной на поверхности ткани. Непосредственно при изготовлении детали нагретое связующее вещество становится жидким как вода, благодаря чему растекается, заполняя весь объем рабочей формы и процесс полимеризации ускоряется.
Компаунды горячего твердения.
«Горячих» компаундов великое множество, при этом у каждой собственные температурные и временные режимы отверждения. Обычно, чем выше требуемые показания термометра в процессе формовки, тем прочнее и устойчивее к нагреву готовое изделие. Исходя из возможностей имеющегося оборудования и требуемых характеристик конечного продукта, можно не только выбирать подходящие смолы, но делать их на заказ. Некоторые отечественные заводы-изготовители предлагают такую услугу. Естественно, не бесплатно.
Препреги как нельзя лучше подходят для производства карбона в автоклавах. Перед загрузкой в рабочую камеру нужное количество материала тщательно укладывается в матрице и накрывается вакуумным мешком на специальных распорках. Правильное расположение всех компонентов очень важно, иначе не избежать нежелательных складок, образующихся под давлением. Исправить ошибку впоследствии будет невозможно. Если бы подготовка велась с жидким связующим, то стала бы настоящим испытанием для нервной системы рабочих с неясными перспективами успеха операции.
Процессы, происходящие внутри установки, незатейливы. Высокая температура расплавляет связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице. Причем происходит все одновременно.
С одной стороны, одни преимущества. Прочность такого углепластика практически максимальна, объекты самой затейливой формы делаются за один «присест». Сами матрицы не монументальны, поскольку давление распределено равномерно во всех направлениях и не нарушает геометрию оснастки. Что означает быструю подготовку новых проектов. С другой стороны, нагрев до нескольких сотен градусов и давление, порой доходящее до 20 атм., делают автоклав очень дорогостоящим сооружением. В зависимости от его габаритов цены на оборудование колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов. Прибавим к этому нещадное потребление электроэнергии и трудоемкость производственного цикла. Результат — высокая себестоимость продукции. Есть, впрочем, технологии подороже и посложнее, чьи результаты впечатляют еще больше. Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) в тормозных дисках на болидах Формулы-1 и в соплах ракетных двигателей выдерживают чудовищные нагрузки при температурах эксплуатации, достигающих 3000 C. Эту разновидность карбона получают путем графитизации термореактивной смолы, которой пропитывают спрессованное углеродное волокно заготовки. Операция чем-то похожа на производство самого углеволокна, только происходит она при давлении 100 атмосфер. Да, большой спорт и военно-космическая сфера деятельности способны потреблять штучные вещи по «заоблачным» ценам. Для тюнинга и, тем более, для серийной продукции такое соотношение «цены-качества» неприемлемо.
Если решение найдено, оно выглядит настолько простым, что удивляешься: «Что же мешало додуматься раньше?». Тем не менее, идея разделить процессы, происходящие в автоклаве, возникла спустя годы поиска. Так появилась и стала набирать обороты технология, сделавшая горячее формование карбона похожим на штамповку. Препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы ткань с обеих сторон покрывается либо полиэтиленовой, либо более термостойкой пленкой. «Бутерброд» пропускается между двух валов, прижатых друг к другу. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются, примерно так же, как и при отжиме белья в стиральных машинах образца 1960-х годов. В матрицу препрег вдавливается пуансоном, который фиксируется резьбовыми соединениями. Далее вся конструкция помещается в термошкаф.
Сохранить в Альбом

twill4/4
Тюнинговые фирмы изготавливают матрицы из того же карбона и даже прочных марок алебастра. Гипсовые рабочие формы, правда, недолговечны, но пара-тройка изделий им вполне по силам. Более «продвинутые» матрицы делаются из металла и иногда оснащаются встроенными нагревательными элементами. В серийном производстве они оптимальны. Кстати, метод подходит и для некоторых деталей замкнутого сечения. В этом случае легкий пуансон из вспененного материала остается внутри готового изделия. Антикрыло Mitsubishi Evo — пример такого рода.
Автор статьи :Алексей Романов ( в редакции Rules26 :))
редактор журнала «ТЮНИНГ Автомобилей» имеет свой взгляд на мир карбона)))
И не изготовив пару тройку деталей судит о том что «знает» только по книжкам.
Пробуйте и дерзайте!

Карбон (углепластик) — что это за материал: характеристики, описание и состав

карбоновые ткани

Название волокон технического назначения произошло от «carbon», «carbone» — в переводе означающих «углерод». Тонкие нити из этого сырья нашли широкое применение во многих отраслях от аэрокосмической отрасли до текстильной промышленности. Рассмотрим детально, что такое карбон.

Описание волокно технического назначения карбон

Карбон – это многослойный композиционный материал. Основа полотен выполнена из углеродного волокна, пропитана термореактивными полимерными смолами.

При малом весе такой материал демонстрирует сверхпрочность. К сведению: детали, выполненные из карбона, по жесткости и износостойкости превосходят аналогичные из алюминия.

Поверхность полотен из углеродного волокна отличается четко просматривающимся геометрическим рисунком. Структура зависит от способа ткацкого переплетения, используемого в изготовлении ткани. Полотна обладают высокой гибкостью, легко поддаются резке и крою. Их можно окрашивать, шлифовать и наносить печать.

Из чего изготавливают карбон — состав

карбон состав

В процессе формирования карбоновых тканей основным сырьем являются полимерные материалы, органической сырье и термореактивные смолы.

Углеродное волокно (carbon fiber) – разновидность полотен, полученных разными способами переплетения. Иногда карбоновые нити в текстиле укладывают в полимерную матрицу, закрепляя стежками до заливки связующими компонентами.

При применении ткацких переплетений применяют способы: рогожка, елочка и другие. Такие полотна демонстрируют растяжимость, но плохо реагируют на сжатие и изгиб. Наиболее известные торговые наименования этого типа полотен: Plain, Twill, Satin.

Углепластик (carbon fiber reinforced polymer) – это полимер, армированный карбоновым волокном. Свойства материала зависят от добавок, вводимых в матрицу (например, кремнезем, углеродные нанотрубки, резина).

Сложность переплетения карбоновых нитей обусловлена невысокими показаниями стойкости на изгиб в отличие от стандартных материалов. Производителями разработан ряд техник, позволяющих получить различные виды основ.

Слои материалов пропитывают смолами и скрепляют путем наматывания или прессования. Карбоновая ткань толщиной в 1 мм состоит из 4–5 слоев.

Процесс производства

производство карбонового волокна

В производстве карбонового волокна используют полимеры и органическое сырье, подвергающиеся термической обработке. Обугливание происходит при температуре +250◦С на открытом воздухе в течение 24 часов.

Из подготовленного сырья получают тончайшие нити углерода диаметром от 3 до 15 мкм. На следующем этапе проводится карбонизация – прокаливание нитей в автоклаве при температуре 800 — 1500◦С. Во время этого процесса осуществляется пиролиз. Из сырья улетучиваются инертные компоненты, меняется структура химических связей.

Алена Батаева

На вопросы ответит технолог швейного производства Алена Батаева. Напишите, я онлайн.
Задать вопрос

Прочность волокнам обеспечивает следующий этап технологии – графитизация. Волокна насыщаются углеродом в автоклаве с инертным газом при +1600–3000◦С. Чем выше температурный показатель, тем прочнее и выносливее нити.

В зависимости от назначения и технологии производства волокна режут (штапелированные) или делают непрерывными, наматывая на бобины. В производстве полотен применяют два метода: сухой и мокрый. Оба способа предусматривают воздействие на углеродные нити высоким давлением при определенных температурах.

Готовые полотна скрепляют полиэфирными, винилэфирными или эпоксидными смолами. Затем при необходимости проводят армирование с использованием каучука, кевлара и других компонентов.

Технические характеристики

В таблице приведены свойства карбоновых материалов:

Характеристики Показатели
Тип сырья Химическое (углерод)
Компоненты органического происхождения полиакрилонитрильные, фенольные, лигниновые, вискозные волокна
Количество углеродных нитей в волокне, К 1 (1000 нитей) – 50
Структура Многослойная
Предел прочности на разрыв, МПа 2500–3500
Модуль упругости, ГПа 200–600
Назначение Техническая ткань
Тактильные качества Легкая, жесткая, прочная
Способ ткацкого переплетения Простое, сатиновое, саржевое, сложное и нетканые полотна
Плотность углеродных волокон, гр./м3 1,7 – 1,9
Плотность, гр./м2 200–470
Стандартная ширина полотен, см. 100, 150
Водоупорность Высокая
Гигроскопичность, % 1–5
Скорость впитывания влаги Низкая
Воздухопроницаемость Незначительная
Паропроводимость Средняя
Термостойкость До 2000◦С
Способность накапливать статическое электричество Средняя
Эластичность Высокая
Прочность и износостойкость Высокие
Способы окрашивания Легко поддается окрашиванию и нанесению принтов. Чаще всего черные полотна с серыми вкраплениями, серые, серебристые.
Производитель Япония, Тайвань, Россия, Китай
Виды материала Plain, Twill, Satin
Стандартизация ГОСТ Р 58062 – 2018
Цена Высокая, от 760 ₽ за 1 метр

Плюсы и минусы

К плюсам карбоновых тканей стоит отнести такие качества:

высокая прочность и устойчивость к механическим воздействиям;
термостойкость;
безвредны для здоровья;
способность снижать вибрации;
устойчивость к коррозии;
гидрофобность;
высокий предел упругости;
эстетичность;
невосприимчивость к биологическим вредителям (грибки, плесень);
малая осыпаемость;
долговечность;
ряд защитных свойств.

Из недостатков стоит отметить такие:

невозможность повторного использования;
чувствительность к точечным воздействиям (ударам);
сложность ремонта и утилизации;
в тканях, контактирующих с металлами, требуется введение стекловолокна;
поверхности, не обработанные эмалью или лаком, склонны к выгоранию на солнце;
высокая стоимость.

Виды

Виды карбона

Наиболее известные в текстильной промышленности материалы:

  1. Plane Weave, Р – материя прочная и жесткая. Применяется для крупных изделий. Изготавливают с применением простого переплетения волокон 1х1.
  2. Twill, Т – ткани, основное назначение которых – производство автомобильных деталей. В них используется переплетение 2х2 (через 2 нити).
  3. Satin WEAVE, R – гибкие полотна, пригодные для изготовления сложных форм. Ткань сложного переплетения с низкой плотностью.
  4. Leno, Basket Weave – корзиночное переплетение. Этот материал используется при производстве особо прочных и декоративных изделий.

Применение карбона

волокно карбон

Карбоновая ткань впервые была разработана в качестве материала для космической отрасли. Высокие эксплуатационные свойства, углеродных волокон обеспечили им быстрое распространение в других сферах: автомобильной, авиационной, строительной, медицинской, энергетической, судостроительной.

Карбон используется в изготовлении спортивной амуниции, рыболовных снастей, фильтров, аксессуаров, электроники, декоративных изделий, специальной одежды. Нетканые образцы применяют в качестве изоляционных материалов в трубопроводах.

Безопасный для здоровья материал используется в производстве линии для оздоровления. Электротекстиль в связи с высоким показателем температуры плавления (450 градусов в воздушной среде) применяют в изготовлении грелок, электропростыней, в качестве изоляционного материала в системах «теплый пол».

УВ используются для изделий леченого назначения. Полиакрилонитрил (ПАН) в производстве карбоновых материалов используется в качестве композита, как сверхпрочное конструкционное сырье. Вискозное волокно дополняет и замещает графит там, где необходим лечебный эффект.

Морфологическая структура волокна позволяет образовывать стабильные цепи. Воздух, проходя сквозь переплетения карбоновых нитей, насыщает их отрицательными частицами (ионами). Лечебный эффект достигается благодаря таким качествам:

  • высокие сорбционные свойства;
  • сохранение инфракрасного излучения, исходящее от источника (человека).

Данные способности улучшают регенерацию поврежденных тканей вдвое быстрее, чем при использовании лекарственных средств. УВ снимают воспаления и отечность, стимулируют иммунную систему. Из карбоновых тканей производят жгуты, салфетки, жгуты подушки и одеяла.

Углеродные нити на вискозной основе используют в производстве трикотажных изделий. Шорты, наколенники, маски, вкладыши для постельного белья – далеко не полный список изделий медицинского назначения.

Сколько стоит карбон

Сколько стоит карбон

Многие задаются вопросом: сколько стоит карбон, и почему материал химического происхождения достаточно дорогой. Для сравнения: 1 кг промышленной стали стоит в 20 раз ниже углерода.

Такое соотношение объясняется особенностями технологии и высокой долей ручного труда при изготовлении волокон. Химическая промышленность не стоит на месте. С внедрением автоматизации цена на карбоновые ткани в будущем будет снижаться.

Уход

Уход за тканью карбон

Прочное и стойкое полотно требует специального ухода. Прежде всего, необходимо тщательно осматривать поверхность на предмет сколов и повреждений. УФ-лучи делают его уязвимым. Поэтому для изделий, находящихся под воздействием солнца, важно покрытие специальным лаком или эмалью.

Стирать изделия из УВ можно с использованием любых моющих средств, при температуре 40–60 градусов. Отжимать, выкручивать и утюжить карбоновые вещи нельзя. Не рекомендуется длительное хранение при минусовых температурах. Требуемый уровень относительной влажности – от 40 до 80%. Допускается чистить с помощью химических средств.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *