Изготовление деталей из карбона


Изготовление деталей из карбона

Качество деталей из карбона в первую очередь зависит от правильного выбора и качества смолы и углеродного полотна. При ошибках в выборе плотности полотна карбона и смолы для карбона вы не сможете аккуратно выложить заготовку в форме, плотно прижать и полностью удалить пузырьки воздуха.

Основные методы изготовления деталей из карбона

К основным методам изготовления деталей из карбона можно отнести:

  • формование из препрегов, то есть полуфабрикатов,
  • формование непосредственно в форме,
  • метод аппликации.

Изготовление карбона дома не требует сложного оборудования, и при определенных навыках можно получить детали достойного качества. Поэтому сделать карбон удовлетворительного качества самому вполне реально.

Карбон для автотюнинга

Внимание! Так называемый «3D-карбон«, автовинил никакого отношения к карбону не имеет, кроме отличной имитации поверхности карбона. Это разноцветные виниловые и ПВХ-пленки с визуальными эффектами только для декоративной отделки поверхности, но не для упрочнения.

А вот для изготовления некоторых облегченных элементов, где требуется высокая прочность, например, для бамперов, капотов, мелких деталей кузова, может использоваться дорогостоящий настоящий карбон. Можно попробовать даже сделать обтяжку карбоном своими руками некрупных элементов.Но необходимо помнить, что этот материал очень чувствителен к точечным ударам, и есть риск повреждения мелкими камнями и щебнем из-под колес.

И здесь определяющую роль играет мастерство автомастера, насколько совершенно он владеет навыками подбора полотна, смолы и толщины слоев. А ремонт карбоновых деталей — тоже дорогостоящий процесс.

Если же для вас главную роль играют эстетические параметры, а не облегчение веса автомобиля или мотоцикла, то присмотритесь к ПВХ-пленкам «под карбон», аква-печати или аэрографии.

Изготовление деталей из карбона методом препрегов

Промышленный процесс формования изделия из препрега (заготовок для формования) в автоклаве представляет собой одновременное протекание сложных процессов:

  • полимеризацию компаунда,
  • вакуумное удаление воздуха и излишков смолы,
  • высокое давление ( до 20 атм) прижимает все слои к матрице, уплотняя и выравнивая их.

Это дорогостоящий процесс, поэтому для мелкосерийного тюнинга в домашних условиях малопригодный.

Но разделение этих процессов удешевляет и удлиняет всю процедуру самостоятельного получения карбона. Изменения при этом вносятся в технологию подготовки препрега, поэтому всегда нужно обращать внимание, для какой технологии предназначена заготовка.

В этом случае препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы заготовка с обеих сторон покрывается полиэтиленовой пленкой и пропускается между двух валов. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются. Препрег вдавливается в матрицу пуансоном, и вся конструкция помещается в термошкаф. То есть в данном случае препрег представляет полностью готовую к формованию заготовку, с обжатыми слоями и удаленным воздухом.

Этот метод чаще всего и используют автомастерские, покупая заготовки карбона, а матрицы изготавливаются из алебастра или гипса, иногда вытачиваются из металла или в качестве модели используется сама деталь. которую вы хотите повторить из карбона. Иногда модели вырезаются из пенопласта и остаются внутри готовой детали.

Углепластик своими руками проще всего сделать методом «обтяжки» или аппликации углеполотна на заготовку.

Метод аппликации (ручная оклейка)

Сделать карбон своими руками можно методом оклейки, который включает пять основных этапов:

  1. Тщательная подготовка оклеиваемой поверхности: зашкуривание, обезжиривание, скругление углов.
  2. Нанесение адгезива.
  3. Приклеивание углеткани с пропитыванием эпоксидной смолой с отвердителем.
  4. Сушка.
  5. Покрытие защитным лаком или краской.

Наполнители для смолы используют как для придания декоративности, так и для предотвращения стекания смолы с вертикальных поверностей.

Необходимые материалы

  1. Адгезив для фиксации углеткани на поверхности.
  2. Ткань из углеволокна, которую укладывают на смолу послойно, с прикатыванием твердым валиком.
  3. Эпоксидная смола средней вязкости с отвердителем (иногда она используется в качестве адгезива).
  4. Защитный лак. Лучше всего для защиты от царапин подходит полиуретановый. Нужно выбирать водостойкий и светостойкий. Он не помутнеет. Для высокого блеска в качестве финишного покрытия можно использовать акриловый лак.

Смолу наносят 2-3 раза с промежуточной сушкой и шлифовкой.

Этот метод отличается от традиционного изготовления карбоновых изделий по моделям нанесением адгезива, а не разделителя для легкого съема получившегося полуфабриката.

Компания 3М предлагает даже самоклеющееся углеполотно, но работа с ним требует хороших навыков.

И карбон остается на оклеиваемой детали, упрочняя ее. Такое производство карбона чаще всего используется для оклеивания бампера, приборной панели и пр.

Метод формования в форме с вакуумом

Для этого метода требуется специальное оборудование и хорошие навыки.

  1. Нанесение разделительного состава на поверхность модели. Для матовых и полуглянцевых поверхностей обычно применяется разделительный воск, а для глянцевых поверхностей(пластик и металл) — разделитель типа WOLO и растворы для грунтования, которые используются при мелкосерийном призводстве.
  2. Выкладывание углеткани в матрицу, без морщин и пузырей.
  3. Пропитка углеткани смолой.
  4. Слоев может быть несколько. В некоторых случаях углеткань можно чередовать со стеклотканью.
  5. Наложение перфорированной пленки для отжима излишков смолы и выхода воздуха. Желательно укладывать внахлест.
  6. Прокладка впитывающего слоя.
  7. Установка вакуумной трубки и порта для подключения вакуумного насоса.
  8. Помещение всей конструкции в прочную вакуумную пленку, приклеивание герметизирующим жгутом к оснастке.

Вся процедура напоминает помещение какого-либо предмета в вакуумный пакет, которые продаются в магазинах для хранения вещей, с последующей откачкой из него воздуха. Можно, кстати, поэкспериментировать с такими вакуумными пакетами. Они очень прочные и продаются разных размеров. А вакуумный насос для домашнего использования обойдется в среднем в 150-200$.

Метод формования с помощью давления (ручная прикатка)

Применяется для самостоятельного изготовления деталей из карбона и аналогичен методу формования вакуумом, но без использования дорогостоящей оснастки. Наборы включают кисти для нанесения смолы и валики для выдавливания воздуха и прикатки слоев.

Для простого тюнинга автомобиля понадобятся:

  • углеполотно плотностью 200-300 г/м,
  • эпоксидная смола,
  • отвердитель,
  • жесткий валик и кисть.

На Alibaba.com углеполотно плотностью 200 г/м.кв. плетения twill предлагается по цене от 10 до 25 долларов за квадратный метр. Правда, и покупать нужно от 10 метров. Но можно договориться о получении образцов, которые позволят самостоятельно изготовить небольшие изделия из карбона.

На поверхность формы наносится разделительный воск, гелькоат для формирования защитно-декоративного слоя на поверхности готового изделия. После его высыхания кистью наносится эпоксидная смесь для углепластика и начинается выкладка углеткани.

Каждый слой прокатывается валиком для удаления пузырьков воздуха и получения максимального сцепления. После полного высыхания на воздухе или в термошкафу деталь извлекается из матрицы, шлифуется, покрывается защитным лаком.

При таком методе получается высокий расход смолы (в три раза выше плотности углеполотна), но зато именно таким способом можно изготовить любую деталь из карбона своими руками.

Изготовление деталей из карбона в Москве — ILLSKILL на DRIVE2

В тюнинге автомобилей — карбон считался всегда дорогим, но очень легким материалом. Никого не удивишь карболовыми элементами в салоне автомобиля спортивной серии, но зачастую владельцы автомобилей хотят получить эксклюзивные детали, которые не выпускает завод.

Полный размер

Изготовление насадок

Будь то ламинация салона (наложение карбоновой ткани поверх оригинальных деталей) или изготовление матрицы и детали из карбона — оба этих варианта практически не отличаются по внешнему виду, вопрос только в весе.

Полный размер

Снятие матрицы с зеркала BMW M6

Полный размер

Кожух зеркала из карбона на БМВ М6

Естественно, детали подкапотного пространства подвержены постоянному нагреву и перепаду температуры — в связи с этим их нельзя ламинировать и возможно только снятие матрицы и изготовление детали целиком из карбона.

Сроки производства деталей из карбона, как и ламинации деталей салона давольно большие — технологический процесс изготовления и запекания не позволяет получить готовый и качественный результат за один день. Не раскрывая тонкости производства карбона можно точно сказать, что любые работы связанные с производством карбоновой детали занимают от 2 до 4 недель. Если необходима матрица, эксклюзивная новая деталь новой формы, пересъем, сроки могу составлять 1-2 месяца.

Заказать деталь из карбона и получить консультацию можно по тел: 8(495)798-88-42Москва, Краснобогатырская 2 строение 23Наш Инстаграм: www.instagram.com/ilskil/

Carbon Composites - изготовление изделий из углепластика на заказ

Листовой карбон на выгодных условиях!

Пластины производятся исключительно из импортных материалов. Осуществляется двухуровневый контроль качества. Всегда в наличии пластины от 0.25 мм до 20 мм.

Изготовление изделий из карбона на заказ

Проектирование и серийное производство изделий из карбона. От эскиза до конечного продукта любой сложности. Свяжитесь с нами, и мы воплотим ваши идеи в жизнь.

Углепластик в медицине

Наша компания имеет большой опыт производства углепластиковых изделий высокого качества для медицинской отрасли. Свяжитесь с нами, и мы с радостью ответим на ваши вопросы.

Композитные материалы в малой авиации

Технологические возможности и ресурсные решения доступные компании Carbon Composites позволят реализовать самые амбициозные проекты. Обращаясь в нашу компанию, вы можете быть уверены в высоких стандартах. Отточенная система управления проектами позволяет реализовывать поставленные задачи в строгих временных рамках.

Мы используем свой опыт для каждого компонента с агрессивным контролем качества и инновационными технологиями изготовления, чтобы каждая часть соответствовала стандартам наших клиентов. Carbon Composites способен изготавливать изделия из различных типов композитных материалов, начиная от полиэфирных и заканчивая высокотемпературными эпоксидными смолами, с использованием стекловолокна, арамида и углеродного волокна. Мы тесно сотрудничаем с изготовителями материалов для того, чтобы помочь нашим клиентам в выборе таких материалов и методов изготовления, которые наилучшим образом соответствуют проекту.

Почему стоит обращаться в Carbon Composites:

Высокое качество

Carbon Composites производит продукцию высочайшего качества. Мы уделяем каждой мелочи очень много внимания, это делает наши продукты особенными.

Индивидуальный подход

За счет очень тесного сотрудничества с клиентом, наша компания может своевременно определить и посодействовать в решении сложных задач!

Лучшее слово - это дело

Мы превосходно выполняем поставленную задачу. С таким пониманием дела, работают далеко не все компании на российском рынке, поэтому мы доказываем своему клиенту не словом, а делом.

ВЫСОКИЕ ТЕХНОЛОГИИ

Главная страница » Детали из карбона

Детали из карбона

Первые углеродные нити появились в 1880 г., благодаря Томасу Эдисону и с тех пор прошли большой путь, в течении которого они изменились и усовершенствовались. Ажиотаж на изделия из углепластика, а это и есть карбон, начался в 2004 году и продолжается до сих пор.    

Его бешеная популярность началась с производства ракетных двигателей, а сегодня он используется практически во всех областях производства: самолетостроение, спортивные автомобили, автотюнинг, дизайн интерьеров, производство сотовых телефонов, аксессуары для компьютеров, кроссовки и даже сумки и еще много сфер применения.

Так, что же такое углеволокно?

Углеволокно – это сплетённые слоями нити углерода под разным углом. Толщина нитей в диаметре составляет 0,005 — 0,010 мм. Они одновременно хрупкие и прочные. Поэтому их легко сломать, но практически невозможно порвать.

Переплетая их под разными углами получают различные фактуры или рисунки: елочка, рогожка и т.д. Слои таких тканей, наложенных один на другой склеивают эпоксидными смолами. А дальше эти слои подвергаются термической обработке, состоящей из трех этапов:• Окисление – длится 24 часа при температуре 250 град С, цель – получение лестничной структуры.

• Карбонизация – нагревание волокон аргоном или азотом при температуре 1500 град С, цель – получение графитоподобных структур. Этому этапу углеволокно и обязано своему народному названию, carbon, что в переводе с английского – уголь.

• Графитизация – нагревание в инертной среде при температуре от 1600 до 3000 град С, цель – доведение количества углерода до 99%.

Благодаря своему сложному многоступенчатому производству детали из карбона значительно дороже стекловолокна. Кроме того, само производство углеродного волокна связано с большими энергозатратами, что еще больше подчеркивает высокую себестоимость деталей из карбона.

Не смотря на это карбон стремительно расширяет свое применение на всех рынках, так рамы практически всех топовых велосипедов уже сегодня изготавливаются из карбона.

Методы изготовления деталей

На качество деталей из карбона на прямую влияет, какое сырье Вы использовали при изготовлении углеволокна (скорость застывания смолы и плотность углеродного полотна). В итоге, изготовление деталей из карбона обладает множеством тонкостей, которые необходимо учитывать. Начиная от производства углеволокна и заканчивая технологией его применения для получения детали с заданными характеристиками.

Выделяют несколько основных способов производства деталей из карбона:

• формование из препрегов (полуфабрикатов) в автоклаве, автоклавное формование;

• формование в форме с помощью вакуумного мешка;

• аппликация;

• Формование препрегов в штампе;

• Метод намотки;

• Метод намотки нитями;

• Пултрузия;

• Инжекционный метод;

• Ручное формование валиками и кистью.

Разберем несколько из них.

Формование из препрегов в автоклаве или автоклавное формование

Его производят на производстве в автоклаве. Автоклав – это специальный аппарат, в котором осуществляют нагрев под давлением выше атмосферного. Автоклавы для карбона способны обеспечить давление 32 атмосфер при температуре 1600-3000 °С. Такие условия обеспечивают ускорение реакции и повышение производительности. Автоклавы оборудованы запорной арматурой высокого давления, различными контрольно-измерительными приборами и другими средствами для обеспечения безопасности, надежности и долговечности работы автоклава.

С этим разобрались, теперь разберем, что такое препрег. В переводе с английского pre-preg означает предварительно пропитанный, т.е. по сути это полуфабрикат из композиционного материала. Армирующая волокнистая структура, пропитанная полимерными связующими, и получается, как бы готовый материал, который можно кроить и формовать в любые формы.Препрег выпускается в виде полотна, с двух сторон которого наложена полиэтиленовая пленка. Он легко подвергается формовке и обработке. Формование из препрегов происходит следующим образом:- производится форма или модель будущей детали из различных материалов (гипс, дерево и т.д.);

— на данную форму накладывают необходимое количество слоев препрега;

— помещают это все в автоклав, и под воздействием высокого давления и температуры осуществляется отверждение препрега;

— отвержденное изделие подвергают отделке и зачистке.

Часто при этом дополнительно используют и вакуумный мешок, это менее безопасно, но имеет ряд преимуществ. Подробнее о использовании вакуумного мешка будет сказано в следующем методе.

При формовании из препрегов одновременно протекают несколько сложных процессов:

• полимеризация компаунда – или отверждение;

• вакуумное удаление излишков смолы и воздуха;

• прижатие слоев к матрице под высоким давлением (порядка 20 атмосфер) для их уплотнения и выравнивания.

Этот метод производства деталей из карбона довольно сложный и финансово затратный процесс, не подходит для массового и серийного производства деталей.

Формование в форме с помощью вакуумного мешка

Вакуумный Мешок можно использовать и без автоклава, если поместить все в вакуумный мешок и создать внешнее давление, то мешок равномерно прижмет препрег к форме. Это как поместить деталь в пакет и выкачать из него воздух. Такое формование имеет название формование с помощью вакуумного мешка.

Весь процесс можно разделить на 6 этапов:

• Покрытие формы разделительным веществом (воск, грунтовка и т.д.).

• Раскладывание абсолютно ровно углеткани в форме без морщин, пузырей и других дефектов.

• Каждый слой пропитывается смолой. Слои можно чередовать со стеклотканью, базальтовой тканью и другими композиционными материалами.

• Укладка перфорированной пленки для отжима смолы и воздуха.

• Укладывается впитывающий слой.

• Размещение в вакуумном мешке и подключение насоса.  

Аппликация

Этот метод используют для домашнего производства деталей. Он состоит из пяти этапов:

• Подготовительный, включает в себя зашкуривание формы. Обезжиривание и сглаживание острых углов.

• Нанесение соединительного вещества, например, эпоксидной смолы с отвердителем. В противовес предыдущим методам, в которых наоборот наносят разделительные вещества для легкого извлечения карбоновой детали из формы.

• Приклеивание слоев углеткани с помощью эпоксидной смолы и отвердителя.

• Сушка детали.

• Нанесение защитного покрытия (лак или краска).

В результате этого метода карбон утолщает оклеиваемую деталь. Таким методом часто упрочняют капоты, бамперы, приборные доски в автотининге, а также в силу простоты получают и всевозможные другие детали. Даже применяют оклеивание формы из пенопласта, который и остается внутри детали, но оболочка довольно прочная.

Другие методы

Существует множество других методов, и они постоянно развиваются и совершенствуются. Идет постоянный поиск новых технологий, позволяющих снизить энергозатраты, количество ручного труда и других издержек.

Так, новой технологией стало производство крыльев и хвоста Российского гражданского самолета МС-21. Технология была куплена у австрийской компании FACC. Данная технология является самой передовой в мире, так как обеспечивает экономическую эффективность при обеспечении необходимых свойств материала, все остальные технологии отличаются дороговизной производимых деталей.

Новая технология, называемая как трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM), позволяет экономически выгодно наладить серийное производство таких ответственных деталей самолета, как крылья, хвост и т.д. К этим деталям предъявляются самые жесткие требования, прочность таких деталей должна быть 6000 МПа.

Укрепление углеволокна пластиком по данной технологии позволило добиться получение материала, отвечающим всем требования авиастроения. Кроме того, это позволило снизить себестоимость производства самолетов в целом. Ни одна фирма в мире раньше не производила такие большие и ответственные детали по данной технологии.

Применение карбоновых крыльев позволило значительно снизить массу самолета, что дает значительную экономию топлива.

А есть ли у карбона недостатки?

У карбона достаточно много положительных качеств, чтобы сделать выбор в его пользу для изготовления деталей:

• легкость;

• при ударе и повреждении не дает острых осколков;

• высокая термоустойчивость, не поддается деформации до температуры 20000С;

• хорошая теплоемкость;

• гасит вибрации;

• не подвержен коррозии;

• упругость;

• прочность;

• эстетический вид.

Но на ряду с достоинствами у изделий из карбона есть ряд существенных недостатков:

• довольно чувствительны к точечным ударам;

• сложный восстановительный процесс при повреждениях;

• подвержен выгоранию от солнечных лучей, правда этот недостаток научились минимизировать с помощью защитного лака;

• долгий и сложный процесс изготовления;

• при стыковке с металлом для предотвращения коррозии последнего приходится применять стекловолокно;

• невозможность повторного использования и утилизации.

Яхты, сделанные из карбона, имеют низкую массу, что дает возможность значительно увеличить скорость.

Проектирование деталей из карбона

Использование CAD систем для проектирования деталей из карбона значительно облегчило производство, и минимизировала риски производства брака. Но к таким системам предъявляются очень большие требования. Так выбирая CAD системы для проектирования оснастки из углепластика нужно обязательно учитывать дизайнерский замысел и технические особенности. Требуется система с очень хорошими средствами именно поверхностного моделирования.

Чаще используют гибридные CAD системы для производства оснастки и литья форм из пластмассы. 3-d моделирование сложных аэродинамических форм значительно увеличило производительность труда конструктора. А CAD система в связке с ЧПУ станком произвели революцию при изготовлении сложной оснастки и сократило цикл производства. Проектирование 3d моделей позволяет сократить время на производство деталей почти на 50 %, при этом точность деталей просто поразительная.

Будущее за карбоном

Уже сегодня нельзя представить себе такие отрасли, как автомобилестроение, самолетостроение и многие другие без карбона. А в будущем тем более. Из него изготавливают кузовные детали, тормозные диски, диски сцепления автомобилей, и даже целые крылья самолетов. И все это обеспечивает как снижение себестоимости и повышение надежности изделий, так и экономию эксплуатации таких изделий.

Так как именно высокая стоимость и техническая сложность производства являются основными причинами не массовости этого материала, то уже сегодня созданы целые группы разработчиков новых технологий для удешевления этого процесса.

Они стремятся механизировать, автоматизировать процесс и сделать итоговую стоимость углеволокна значительно дешевле, тогда его можно будет применять и при изготовлении дешевых автомобилей, не только не увеличивая цену, но и наоборот еще более снижая ее.

Это кажется не реальным, но когда-то так же думали про литиевые батареи и их все-таки удалось сделать доступнее. Так что ждем дальнейший прорыв в этой сфере.

Немного теории о карбоне — Лада 2112, 1.6 л., 2005 года на DRIVE2

много букв, но это интересно)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?

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.

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.

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.

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. Говорить о ручной выклейке вообще не стоит. 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 очень дорогого 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.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.Механические усилия заставляют думать о прочности оснастки, да и система матрица — пуансон требует либо 3D-моделирования, либо модельщика экстра-класса. Но это, все же, в сотни раз дешевле технологии с автоклавом.

(с) Карбон инжиниринг

Производство изделий из настоящего карбона! Аксессуары, мебель, автотюнинг, военная промышленность!

Политика конфиденциальности

Соблюдение Вашей конфиденциальности важно для нас. По этой причине, мы разработали Политику Конфиденциальности, которая описывает, как мы используем и храним Вашу информацию. Пожалуйста, ознакомьтесь с нашими правилами соблюдения конфиденциальности и сообщите нам, если у вас возникнут какие-либо вопросы.

Сбор и использование персональной информации

Под персональной информацией понимаются данные, которые могут быть использованы для идентификации определенного лица либо связи с ним.

От вас может быть запрошено предоставление вашей персональной информации в любой момент, когда вы связываетесь с нами.

Ниже приведены некоторые примеры типов персональной информации, которую мы можем собирать, и как мы можем использовать такую информацию.

Какую персональную информацию мы собираем:

  • Когда вы оставляете заявку на сайте, мы можем собирать различную информацию, включая ваши имя, номер телефона, адрес электронной почты и т.д.

Как мы используем вашу персональную информацию:

  • Собираемая нами персональная информация позволяет нам связываться с вами и сообщать об уникальных предложениях, акциях и других мероприятиях и ближайших событиях.
  • Время от времени, мы можем использовать вашу персональную информацию для отправки важных уведомлений и сообщений.
  • Мы также можем использовать персональную информацию для внутренних целей, таких как проведения аудита, анализа данных и различных исследований в целях улучшения услуг предоставляемых нами и предоставления Вам рекомендаций относительно наших услуг.
  • Если вы принимаете участие в розыгрыше призов, конкурсе или сходном стимулирующем мероприятии, мы можем использовать предоставляемую вами информацию для управления такими программами.

Раскрытие информации третьим лицам

Мы не раскрываем полученную от Вас информацию третьим лицам.

Исключения:

  • В случае если необходимо — в соответствии с законом, судебным порядком, в судебном разбирательстве, и/или на основании публичных запросов или запросов от государственных органов на территории РФ — раскрыть вашу персональную информацию. Мы также можем раскрывать информацию о вас если мы определим, что такое раскрытие необходимо или уместно в целях безопасности, поддержания правопорядка, или иных общественно важных случаях.
  • В случае реорганизации, слияния или продажи мы можем передать собираемую нами персональную информацию соответствующему третьему лицу – правопреемнику.

Защита персональной информации

Мы предпринимаем меры предосторожности — включая административные, технические и физические — для защиты вашей персональной информации от утраты, кражи, и недобросовестного использования, а также от несанкционированного доступа, раскрытия, изменения и уничтожения.

Соблюдение вашей конфиденциальности на уровне компании

Для того чтобы убедиться, что ваша персональная информация находится в безопасности, мы доводим нормы соблюдения конфиденциальности и безопасности до наших сотрудников, и строго следим за исполнением мер соблюдения конфиденциальности.


Смотрите также