Почему карбон такой дорогой
Перейти к содержимому

Почему карбон такой дорогой

  • автор:

ПОЧЕМУ КАРБОН ТАКОЙ ДОРОГОЙ

Карбон является одним из самых дорогих материалов в нашем времени. Это обусловлено несколькими факторами, включая его высокую прочность, легкость и уникальные химические свойства. Процесс производства карбона требует специального оборудования и технологий, что также влияет на его высокую стоимость. В результате, спрос на карбон остается высоким, особенно в промышленности авиации, автомобилестроении и спортивных товарах, что поддерживает его высокую цену.

Царь Гелик полностью из карбона от Mansory и Philipp Plein — Понторезка Гелендваген #ДорогоБогато

Самый дорогой шлем ICON — AIRFRAME PRO CARBON

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРОТИВ КАРБОНА, УГЛЕПЛАСТИК

Углеволокно — Как это сделано

ЧТО ЛУЧШЕ? НОЖ ИЗ КАРБОНА VS ИЗ СУПЕР КЛЕЯ

ПРОЧНЕЕ СТАЛИ И ЛЕГЧЕ АЛЮМИНИЯ. КАРБОН И ЕГО ПРЕИМУЩЕСТВО

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ ПРЕСС ПРОТИВ ТИТАНА И КАРБОНА

Есть ли будущее у дисков из карбона

Глядя на поток автомобилей, мы автоматически отмечаем, из какого материала сделаны колеса. Сегодня карбоновые диски встречаются нечасто, ведь их стоимость может доходить до четверти цены самого автомобиля. Этой осенью на автофорумах и журналах появилась новость: себестоимость углепластиковых колес удалось снизить почти на 40 процентов, так что многие известные производители престижных авто задумались об установке карбона на серийные машины. Можно ли этому верить?

Что такое карбон, и чем он лучше традиционных сплавов

Основу карбона составляют волокна углерода, которые часто соединяют с резиновыми нитями. Плотность углеродных нитей — 1600 кг/м³, но способность сопротивляться растяжению и разрыву выше, чем у стали. Но углерод — еще не карбон. Чтобы получить исходный композитный материал для карбоновых дисков, волокна углерода и резины переплетают под строго выверенным углом, получая ткань. А затем слои ткани склеивают между собой эпоксидной смолой. Так изготавливают самый дорогой в мире материал для изготовления колесных дисков.

Почему карбон так дорог? Это связано с технологией получения волокон углерода. Существует несколько способов выращивания длинных нитей: выращивание в световой дуге, автоклаве, химическое осаждение на специальный носитель. В процессе изготовления самых дорогих видов температура нагрева достигает 3500 градусов, а менее прочные сорта требуют температуры как минимум до 260 градусов. Разогревать исходное сырье (полиакрилонитрин) нужно только в инертной газовой среде, что приводит к дополнительным расходам.

Впрочем, затраты окупаются за счет уникальных характеристик углепластика. Углеволокно на 40% легче стали, может выдерживать нагрузку до 70 000 кг на квадратный миллиметор, прочность на разрыв составляет около 5 Гпа. Колесные диски из углепластика получаются легкими и исключительно прочными, а привлекательный внешний вид поверхности привел к появлению дизайна моделей из сплавов «под карбон».

Плюсы и минусы углепластиковых дисков

Вначале карбоновые колеса устанавливали только на гоночные спортивные машины. Легкие и прочные колеса обеспечивали прекрасную управляемость болидов, не боялись перегрева из-за высоких скоростей, имели более высокий ресурс прочности. Кстати, из того же материала изготавливают детали тормозной системы, капоты, фрикционные накладки, крылья, детали салона.

Легкость и красота колес из карбона — не единственные его достоинства. Диски не склонны к деформации, выдерживают высокие температуры, не боятся коррозии. Теоретически, на программируемом оборудовании можно изготовить модели любых типоразмеров с каким угодно дизайном. Но на практике высокая стоимость отпугивает даже состоятельных покупателей.

Тем не менее у карбоновых колесных дисков есть несколько серьезных минусов. Сами они не подвержены коррозии, но вот все металлические детали от контакта с углепластиком придется тщательно защищать. Если положить вплотную друг к другу фрагмент карбона и стальную деталь и сбрызнуть их соленой водой, коррозия будет распространяться со скоростью лесного пожара. Так что в местах контакта с металлическими деталями придется устанавливать накладки из нейтрального материала или наносить защитные лаки повышенной прочности.

Второй важный недостаток — неремонтопригодность. Согласитесь, отдать несколько тысяч долларов за колесный диск и выбросить его в случае повреждения будет обидно. Тут не спасут ни экономия топлива за счет малого веса, ни великолепные аэродинамические характеристики. Наконец, колеса из углепластика боятся ультрафиолета. Их свойства остаются прежними, но поверхность выцветает и становится не такой красивой.

Сенсационное заявление от Porsche

Недавно компания Порше заявила о создании новой технологии изготовления карбоновых колесных дисков. Продукт получился на 20% легче и на ту же величину жестче, чем лучшие спортивные модели из стали. Конструкторы собираются поставить колеса на новую модель 911 Turbo S Exclusive Series.

Стоимость углепластиковых дисков будет чуть больше пятнадцати тысяч евро — дорого, но значительно ниже обычных цен на карбон. Удешевить производство без потери характеристик карбоновых колес удалось за счет использования принципиально нового подхода. На производстве установили гигантский девятиметровый станок для плетения нитей. Именно на нем изготавливается основа, которую пропитывают смолой, обжигают в автоклаве и красят.

Представители бренда Porsche считают, что у дисков из углепластика
большое будущее. И предсказывают их скорый выход в серийное
производство. Осталось дождаться снижения цен.

Плюсы и минусы карбона для автомобиля.

автозапчасти в Казани

Каждый автомобилист со стажем не раз слышал о таком понятии как карбон. На сегодняшний день данный материал уже не является новинкой, детали в его исполнении можно встретить не только на кузове авто, но и в его салоне. Однако не все знают, в чем заключаются положительные и отрицательные качества этого материала, часто за карбон выдают совершенно другие аналоги.

Под понятием карбона понимают композитный материал, который представляет собой переплетение нитей углерода, а полученные слои ткани соединены между собой эпоксидными смолами. Нити углерода наравне со сталью являются очень устойчивыми к растяжению. Порвать или растянуть их просто невозможно. Единственный минус заключается в том, что при сжатии он все же может деформироваться. Для решения данной проблемы и решили переплетать эти нити между собой для большего зацепления материала. А благодаря соединению всех слоев по средствам смол полученный материал отличается высокой износостойкостью.

На сегодняшний день карбон используют в самых разнообразных сферах деятельности. Это и тюнинг авто, мото спорт, военные технологии и даже текстиль и украшения. С каждым днем сфера применения карбона увеличивается. Использованием карбона могут похвастаться многие мастерские, автозапчасти в Казани пользуются большим спросом, и многие автолюбители прибегают к тюнингу по средствам данного материала.

Карбон и его плюсы.

Основным достоинством карбона при его небольшом весе является высокая прочность. Он легче стали на 40% и легче алюминия на 20%, а его прочность не уступает любому металлическому сплаву. Именно поэтому его активно используют в деталях гоночных авто, такие характеристики для них имеют большое значение. Несмотря на небольшой вес, прочность остается прежней. Благодаря своему внешнему виду автомобили из карбона смотрятся престижно и красиво.

При всех положительных качествах карбон, как и любой другой материал, имеет свои недостатки. Он теряет свой первоначальный вид под действием солнечного света, и может поменять оттенок. После повреждения деталь из карбона не поддается восстановлению. Не стоит забывать и о стоимости материала, на сегодняшний день не каждый автолюбитель может позволить себе такой апгрейд автомобиля.

Тюнинг с использованием карбона.

Первое что приходит в голову при разговоре о карбоне это, конечно же, капот авто. Наверное, это самая востребованная автозапчасть, которая подвергается тюнингу с использованием карбона. Карбон используют и для внутреннего тюнинга автомобиля. Из него делают капот, бампер, зеркала заднего вида и даже спойлеры. Такое обновление придаст вашему автомобилю индивидуальность и стиль. Опытный специалист выполнит работу качественно, а результат прослужит вам в течение долгого времени.

Основной заслугой популярности карбона является его внешний вид. Однако не каждый автолюбитель может позволить себе использование натурального карбона. В таком случае есть несколько вариантов сделать карбоновую деталь с применением простых техник. Первое это использование пленки ПВХ, имеющей рисунок имитирующий карбон. Она наносится на деталь путем нагрева пленки при помощи направленного теплового потока.

Второй способ получения эффекта карбона – это аква печать. Пленка натягивается на запчасти под струей воды. Применение данной технологии позволяет обрабатывать детали нестандартных форм и размеров. Существует еще один способ, однако он менее эффективен, чем его предшественники. Речь идет об аэрографии под карбон, применение данного способа не желательно, поскольку для того чтобы добиться необходимой структуры придется нанести большой слой краски, а результат не всегда оправдывает ожидания заказчика. Какой бы вариант вы не выбрали, используйте услуги только проверенных мастеров, тогда качество работы обязательно порадует вас.

Карбон металл или пластик

Карбон – это полимерный очень прочный композитный материал, состоящий из эпоксидной или другой смолы, и армированный углеродными волокнами. Также его называют углепластиком или карбонопластиком. Главная особенность композита в высокой прочности при небольшой толщине и легкости.

Что такое карбон, как его получают

Углепластик является сложным композитным материалом, при изготовлении которого требуется прикладывание ручного труда. В связи с этим цена на него примерно в 20 раз выше, чем на качественную сталь европейского производства.

Вся сложность процесса его изготовления заключается в применяемом армирующем компоненте – углеволокне. Оно представляет собой тончайшие нити, практически на 99% состоящие из атомов углерода. Их получают путем сложного сжигания органических волокон с поэтапным поднятием температуры. В результате от них остается только углерод, который меняет свою структуру, приближаясь к графиту.

Нити углеволокна имеют толщину всего 0,005-0,10 мм. Они тоньше, чем человеческий волос. Каждую из них по отдельности очень легко сломать, но трудно разорвать. Из волокон сплетают полотна, которые и применяются для изготовления карбона.

Углеволокно работает как армирующий компонент карбона. Из него изготавливаются различные тканые и нетканые материалы. Такие холсты пропитываются полимерными смолами, чаще всего эпоксидными. Слои углеволокна наклеиваются друг на друга. В итоге по застыванию смолы, композитный материал приобретает повышенную прочность, гибкость и стойкость к излому. Практически нет аналогичных композитов, которые можно сопоставить по этим качествам с карбоном. Ему уступает стеклопластик и прочие аналоги.

Сфера использования

Изначально карбон был предназначен исключительно для изготовления облегченных деталей спортивных гоночных автомобилей, а также космических аппаратов. Позже себестоимость его производства снизилась достаточно, чтобы применять его и для других целей.

Сейчас из него делают:
  • Детали авиационной техники.
  • Удилища для рыбалки.
  • Спортивный инвентарь, такой как хоккейные клюшки, шлемы и т.д.

Ежегодно производится практически 40-45 тыс. тонн карбона. Из них львиная доля в 41% потребляется авиацией, а также космической и военной промышленностью. Из него делают легкую прочную экипировку, детали для оружия, типа прикладов, рукояток и т.д. Как не удивительно, но 17% композита расходуется на получение спортивного инвентаря, а для строительной сферы только 12%. Примерно 5% уходит на автомобилестроение, и 2-3% на изготовление бланков удилищ.

Технологии изготовления карбоновых изделий
Чтобы получить карбон, необходимо пропитывать слои ткани из углеволокна смолой, и склеивать их между собой. Это можно делать тремя основными способами:
  • Приклеивая.
  • Спрессовывая.
  • Наматывая.

Чаще всего пользуются самым простым способом, заключающимся в наклейке холста на поверхность. Затем он пропитывается сверху смолой, и на него вклеивается следующий слой. Таким образом, набирается нужное количество слоев, чтобы достигнуть требуемого уровня прочности материала и его толщины. Этим методом пользуются в домашних условиях особенно часто, так как для него не требуется особый инструмент и различные приспособления. Смола наносится на углеволокно кистью, тщательно пропитывая ее. Стоит отметить сложность и кропотливость процесса. Зачастую чтобы получить слой карбона толщиной всего в 1 мм, нужно клеить холст в 4 слоя.

Изделия из углекарбона на производствах зачастую получают методом прессования. Это позволяет добиться лучшего удаления воздуха между слоями. В итоге готовое изделие получается более прочным и надежным. Преимущество метода еще и в том, что спрессованная заготовка может разогреваться, для ускоренной полимеризации смолы. При этом благодаря прессу композит будет все время держать правильную форму, пока не затвердеет. Эта технология дает более высокую производительность.

Также изделия их карбона цилиндрической формы можно получать методом намотки. Эта технология подходит как для заводского, так и домашнего производства. Именно этим методом делаются удилища для рыбалки, спиннинги, рамы велосипедов и т.д. Холст углеволокна наматывается на трубку, и пропитывается смолой. В итоге достаточно быстро набирается большое количество слоев, которые в итоге дают высокую прочность изделию. Трубка же, на которую все изначально наматывалось, вынимается. Чтобы она не приклеилась, ее предварительно смазывают специальным разделительным составом. Тогда адгезии смолы к ней не происходит.

Преимущества карбона
Карбон это очень востребованный материал, что обусловлено его положительными качествами:
  • Легкость.
  • Термическая устойчивость.
  • Стойкость к коррозии.
  • Упругость.

Изделия из карбона нельзя назвать легкими, но если сравнивать его с металлами такого же объема, то он неоспоримо легче. К примеру, сталь тяжелее на 40%, а алюминий на 20%. Но нужно сразу же отметить прочность карбона. Из него можно делать тонкие изделия и использовать в таких условиях, в которых бы не справились аналоги из стали такой же толщины.

Материал обладает очень высокой термической стойкостью. Отдельные образцы карбона нормально переносят нагрев до температур до +2000С. Само углеволокно легко переносит такие условия, но только в бескислородной среде. Но так как оно находится в толще застывшей смолы, то не контактирует с воздухом. В конечном итоге температурная стойкость карбона продиктована больше свойствами смолы, из которой он изготавливается.

Материал не ржавеет и не подвергается другим видам коррозии. Это делает его альтернативным решением для применения вместо стальных изделий в сложных условиях. Он нормально переносит воздействие ультрафиолета, так что может эксплуатироваться практически где угодно.

Карбон является очень упругим материалом, который сложно сломать. За счет этого он так ценится при изготовлении различного спортивного инвентаря. Не последнюю роль в этом играет и его сравнительная легкость, и то что изделия из него за счет прочности можно делать меньшего сечения, чем из дерева, металла или другого пластика. Высокий предел упругости подтверждают хоккейные клюшки, теннисные ракетки и луки, которые делают из карбона.

Качество карбона во многом зависит от того, каким образом был сделан холст из углеволокна, и во сколько слоев уложен. Дело в том, что ориентируя направление волокон в слоях можно добиваться большей стойкости готового изделия на воздействие под определенным углом. Так можно корректировать упругость и стойкость на излом.

Недостатки карбона

Карбон является весьма ценным материалом, поэтому изделия из него очень качественные. Они более удобные в эксплуатации, однако, все же не идеальные. Проблема в том, что материал боится ударной нагрузки. От этого на нем появляются трещины и сколы. Зачастую они незаметны, но их появление существенно уменьшает прочностные характеристики композита. Зачастую достаточно деформации карбона даже на 0,5%, чтобы вызвать его структурные нарушения. Однако это не означает, что в итоге изделие из него покроется видимыми трещинами и сколами, а потом сразу же сломается. В композите просто появляются микротрещины, но он все равно остается достаточно прочным, чтобы справлялся с теми задачами, которые перед ним стоят.

Качество композита может сильно отличаться, так как напрямую зависит в первую очередь именно от применяемого углеволокна. В процессе его получения нарушить технологию нельзя, в частности не допускается делать даже небольшое отклонение в температурном режиме или продолжительности воздействия на него, так как прочность готового армирующего компонента снижается. В итоге карбон из него также будет менее стойким на излом. Таким образом, стоимость на композитные изделия из карбона разных производителей существенно отличается.

Материал все же не разлетается на осколки при ударах, так как его части удерживаются между собой слоями из углеволокна. Проблема композита в том, что в нем сложно найти баланс между эластичностью и упругостью. Если он отлично переносит воздействие на разрыв, то зачастую достаточно легко ломается при прикладывании усилия на излом. В связи с этим существует большой процент изделий из карбона, которые в результате нарушения расчетов при изготовлении служат не так долго как заявлено для этого композита. Это яркое подтверждение того, почему одни предметы из карбона стоят в разы дороже, чем на первый взгляд такие же других производителей.

Карбоновые пленки

Высокая стоимость карбона, не позволяет его использовать в направлениях, где это экономически нецелесообразно. Композит имеет очень привлекательный внешний вид, поэтому не нуждается в декорировании. По причине его внешних качеств, производятся различные полимерные пленки, имитирующие карбон. При этом они сами по себе им не являются. Это просто декоративные изделия, похожие на него внешне за счет характерного рисунка.

Никакого увеличения прочности поклейка такой пленки не дает, так как она далека от карбона. Она просто обеспечивает декоративный эффект, а также дает некоторую защиту от влаги. По сути это просто слой декорации, ничего более. Так что не стоит путать композит и карбоновую пленку.

Карбон — что это такое

Углепластик — это композиционный многослойный материал, представляющий собой полотно из углеродных волокон в оболочке из термореактивных полимерных (чаще эпоксидных) смол, Carbon-fiber-reinforced polymer .

Международное наименование Carbon — это углерод, из которого и получаются карбоновые волокна carbon fiber.

Но в настоящее время к карбонам относят все композитные материалы , в которых несущей основой являются углеродные волокна, а вот связующее может быть разным. Карбон и углепластик объединились в один термин, привнеся путаницу в головы потребителей. То есть карбон или углепластик — это одно и то же.

Это инновационный материал, высокая стоимость которого обусловлена трудоемким технологическим процессом и большой долей ручного труда при этом. По мере совершенствования и автоматизации процессов изготовления цена карбона будет снижаться. Для примера: стоимость 1 кг стали — менее 1 доллара, 1 кг карбона европейского производства стоит около 20 долларов. Удешевление возможно только за счет полной автоматизации процесса и сокращения времени его производства.

Применение карбона

Изначально карбон был разработан для спортивного автомобилестроения и космической техники, но благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам, таким как малый вес и высокая прочность, получил широкое распространение и в других отраслях промышленности:

  • в самолетостроении,
  • для спортивного инвентаря: клюшек, шлемов, велосипедов.
  • удочек,
  • медицинской техники и др.

Гибкость углеродного полотна, возможность его удобного раскроя и резки, последующей пропитки эпоксидной смолой позволяют формовать карбоновые изделия любой формы и размеров, в том числе и самостоятельно. Полученные заготовки можно шлифовать, полировать, красить и наносить флексопечать.

Технические характеристики и свойства карбона

Популярность углепластика объясняется его уникальными эксплуатационными характеристиками, которые получаются в результате сочетания в одном композите совершенно разных по своим свойствам материалов — углеродного полотна в качестве несущей основы и эпоксидных компаундов в качестве связующего.

карбон полотно

Армирующий элемент, общий для всех видов углепластика — это углеродные волокна толщиной 0,005-0,010 мм, которые прекрасно работают на растяжение, но имеют низкую прочность на изгиб, то есть они анизотропны, прочны только в одном направлении, поэтому их использование оправдано только в виде полотна.

Дополнительно армирование может проводиться каучуком, придающим серый оттенок карбону.

Карбон или углепластик характеризуются высокой прочностью, износостойкостью, жёсткостью и малой, по сравнению со сталью, массой. Его плотность — от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³. Технические характеристики углеволокна можно посмотреть в с равнительной таблице плотности, температуры плавления и прочностных характеристик.

Еще один элемент, используемый для армирования вместе с углеродными нитями — кевлар . Это те самые желтые нити, которые можно видеть в некоторых разновидностях углепластика. Некоторые недобросовестные производители выдают за кевлар цветное стекловолокно, окрашенные волокна вискозы, полиэтилена, адгезия которых со смолами гораздо хуже, чем у углепластика, да и прочность на разрыв в разы меньше.

Кевлар—это американская торговая марка класса полимеров арамидов, родственных полиамидам, лавсанам. Это название уже стало нарицательным для всех волокон этого класса. Армирование повышает сопротивление изгибающим нагрузкам, поэтому его широко используют в комбинации с углепластиком.

Как делают карбоновые нити

Волокна, состоящие из тончайших нитей углерода, получают термической обработкой на воздухе, то есть окислением полимерных или органических нитей (полиакрилонитрильных, фенольных, лигниновых, вискозных) при температуре 250 °C в течение 24 часов, практически их обугливанием. На фото углеродная нить после обугливания.

углеродная нить после обугливания

После окисления проходит карбонизация — нагрев волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C для выстраивания структур, подобных молекулам графита.

Затем проводится графитизация (насыщение углеродом) в этой же среде при температуре 1300-3000 °C. Этот процесс может повторяться несколько раз, очищая графитовое волокно от азота, повышая концентрацию углерода и делая его прочнее. Чем выше температура, тем прочнее получается волокно. Этой обработкой концентрация углерода в волокне увеличивается до 99%.

Виды волокон карбона. Полотно

Волокна могут быть короткими, резаными, их называют «штапелированными», а могут быть непрерывные нити на бобинах. Это могут быть жгуты, пряжа, ровинг, которые затем используются для изготовления тканого и нетканого полотна и лент. Иногда волокна укладываются в полимерную матрицу без переплетения (UD).

Так как волокна отлично работают на растяжение, но плохо на изгиб и сжатие, то идеальным вариантом использования углеволокна является применение его в виде полотна Carbon Fabric.

Оно получается различными видами плетения: елочкой, рогожкой и пр., имеющими международные названия Plain, Twill, Satin. Иногда волокна просто перехвачены поперек крупными стежками до заливки смолой. Правильный выбор полотна для углепластика по техническим характеристикам волокна и виду плетения очень важен для получения качественного карбона.

В качестве несущей основы чаще всего используются эпоксидные смолы, в которых полотно укладывается послойно, со сменой направления плетения, для равномерного распределения механических свойств ориентированных волокон. Чаще всего в 1 мм толщины листа карбона содержится 3-4 слоя.

Достоинства и недостатки карбона

Более высокая цена карбона по сравнению со стеклопластиком и стекловолокном объясняется более сложной, энергоемкой многоэтапной технологией, дорогими смолами и более дорогостоящим оборудованием (автоклав). Но и прочность с эластичностью при этом получаются выше наряду со множеством других неоспоримых достоинств:

  • легче стали на 40%, легче алюминия на 20% (1,7 г/см3 — 2,8 г/см3 — 7,8 г/см3),
  • карбон из углерода и кевлара немного тяжелее, чем из углерода и резины, но намного прочнее, а при ударах трескается, крошится, но не рассыпается на осколки,
  • высокая термостойкость: карбон сохраняет форму и свойства до температуры 2000 ○С.
  • обладает хорошими виброгасящими свойствами и теплоемкостью,
  • коррозионная стойкость,
  • высокий предел прочности на разрыв и высокий предел упругости,
  • эстетичность и декоративность.

Но по сравнению с металлическими и деталями из стекловолокна карбоновые детали имеют недостатки:

  • чувствительность к точечным ударам,
  • сложность реставрации при сколах и царапинах,
  • выцветание, выгорание под воздействием солнечных лучей, для защиты покрывают лаком или эмалью,
  • длительный процесс изготовления,
  • в местах контакта с металлом начинается коррозия металла, поэтому в таких местах закрепляют вставки из стекловолокна,
  • сложность утилизации и повторного использования.

Как делают карбон

Существуют следующие основные методы изготовления изделий из углеткани.

1. Прессование или «мокрый» способ

Полотно выкладывается в форму и пропитывается эпоксидной или полиэфирной смолой. Излишки смолы удаляются или вакуумформованием, или давлением. Изделие извлекается после полимеризации смолы. Этот процесс может проходить как естественным путем, так и при нагреве. Как правило, в результате такого процесса получается листовой углепластик.

2. Формование

Изготавливается модель изделия (матрица) из гипса, алебастра, монтажной пены, на которую выкладывается пропитанная смолой ткань. При прокатке валиками композит уплотняется и удаляются излишки воздуха. Затем проводится либо ускоренная полимеризация и отверждение в печи, либо естественная. Этот способ называют «сухим» и изделия из него прочнее и легче, чем изготовленные «мокрым» способом. Поверхность изделия, изготовленного «сухим» способом, ребристая (если его не покрывали лаком).

К этой же категории можно отнести формование из листовых заготовок — метод препрегов.

Смолы по своей способности полимеризоваться при повышении температуры разделяются на «холодные» и «горячие». Последние используют в технологии препрегов, когда изготавливают полуфабрикаты в виде нескольких слоев углеткани с нанесенной смолой. Они в зависимости от марки смолы могут храниться до нескольких недель в неполимеризованном состоянии, прослоенные полиэтиленовой пленкой и пропущенные между валками для удаления пузырьков воздуха и лишней смолы. Иногда препреги хранят в холодильных камерах. Перед формованием изделия заготовку разогревают, и смола опять становится жидкой.

3. Намотка

Нить, ленту, ткань наматывают на цилиндрическую заготовку для изготовления карбоновых труб. Кистью или валиком наносят послойно смолу и сушат преимущественно в печи.

Во всех случаях поверхность нанесения смазывается разделительными смазками для простого снятия получившегося изделия после застывания.

Можно ли сделать углепластик своими руками

карбоновая основа

Изделия на основе углеволокна можно формовать и самим, что уже давно и успешно применяется при ремонте велосипедов, спортивного инвентаря, тюнинге автомобилей. Возможность экспериментировать с наполнителями для смолы, со степенью ее прозрачности предоставляет широкое поле для творчества любителям автотюнинга карбоном. Подробнее основные методы изготовлении деталей из карбона описаны здесь .

Где брать углеткань

Тайвань, Китай, Россия. Но в России это относится к «конструкционным тканям повышенной прочности на основе углеволокна». Если найдете выход на предприятие, то вам очень повезло. Много компаний предлагают готовые наборы для отделки автомобилей и мотоциклов карбоном «Сделай сам», включающих фрагменты углеткани и смолу.

70% мирового рынка углеткани производят тайваньские и японские крупные бренды: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec и пр.

Углепластик (карбон) в авто – поиск альтернатив

Уникальный композитный материал — углепластик пока используется в основном в спортивном автомобилестроении для суперкаров и болидов, потому что массовое использование сдерживается высокой ценой и эксплуатационными характеристиками карбона.

Основным материалом для изготовления корпусов автомобилей остается тонколистовая сталь. В последнее десятилетие все активнее используются альтернативные материалы, а именно — инженерные армированные пластики с особыми свойствами и алюминий. Они легко формуются, окрашиваются, ремонтируются, то есть технологичны.

При упоминании слова «карбон», сразу же представляются эксклюзивные капоты, ведь это одна из самых заметных и распространенных автомобильных деталей. Но оклейка карбоном авто обычно ограничивается спойлерами, бамперами, обвесами и отделкой зеркал. Для внутреннего тюнинга карбон применяют для ручек переключателя коробки передач, декора панели или вставки на руле.

Почему отделка авто карбоном популярна

Углепластик, он же карбон:

  • очень эстетичен, прочен и применяется чаще как укрепляющее дополнение к традиционным материалам,
  • роскошный внешний вид при отделке авто добавляет ему эксклюзивности, поэтому пленки карбон пользуются стабильным спросом,
  • отлично противостоит скручивающим нагрузкам и не подвержен коррозии,
  • использование карбона снижает массу авто и повышает топливную эффективность, ведь он вполовину легче стали и на 20% легче алюминия.

Основными составляющими этого композитного материала являются углеродные волокна и полимерные смолы. Перерабатывается он формованием и дорогостоящим, трудоемким является именно процесс получения углеродного волокна с особыми свойствами.

Почему не делают массовые автомобили из углепластика

  • Карбон тяжело ремонтировать при повреждении. Его нельзя заварить, отрихтовать, наплавить. И поврежденную деталь из карбона приходится просто менять.
  • Карбон плохо противостоит точечным ударам, его поверхность легко царапается и желтеет под воздействием солнечных лучей.
  • В технологичности он проигрывает стали и инженерным пластикам. Опасность представляют микротрещины, снижающие прочность.

И еще не стоит забывать об экологической составляющей. Процессы утилизации автомобилей во всем мире уже отлажены, а вот композитные материалы практически не перерабатываются вторично. И повторно их использовать нельзя, что делает углепластик еще дороже.

Для того чтобы изделие из карбона служило долго, сохраняя свою эстетику, необходим точный расчет многих параметров и правильный выбор материалов — углеполотна и эпоксидной смолы.

Возможность применения его в серийном автомобилестроении очень спорна. Разве что для тюнинга, но не при изготовлении несущих элементов. Обтянутое карбоном авто смотрится роскошно. Но очень может быть, что этот суперсовременный материал так и не попадет в массовое производство, ведь альтернативные инженерные пластики с армированием не такие капризные и дорогостоящие.

Перспективы использования углепластика в автомобилях

Углепластик будут продолжать использовать для суперкаров и гоночных автомобилей благодаря его уникальным качествам. Тем не менее, пройдет еще немало лет, пока увидим его использование на серийных автомобилях. В то же время, технологии не стоят на месте, и возможно, скоро углепластик будет выглядеть как архаизм, так и не попав в массовое производство. Использование карбона в конструкции машины существенно увеличивает ее стоимость. Почему его стоимость так высока, мы уже разбирались тут.

А пока производители материалов для тюнинга авто предлагают доступные альтернативы:

  • это специальная виниловая пленка «под карбон», которая плотно обтягивает любую деталь, термоусаживается под воздействием теплого воздуха,
  • аквапечать с помощью пленки всех цветов и с любым рисунком под напором воды,
  • аэрография, которая требует высоких художественных навыков мастера, зато рисунок получается эксклюзивным.

Как можно снизить стоимость карбона

Основной путь — снижение себестоимости получения углеволокна за счет максимальной автоматизации процессов и снижения их продолжительности. Поэтому идут поиски материала для получения углеволокна из углеродосодержащего сырья. Основная цель — сделать массовый продукт, доступный по цене.
Поиски альтернативных смол и полимеров для матрицы способны снизить стоимость карбона, но не на много. Основным преимуществом альтернатив должно стать повышение ремонтопригодности. Автомобильные гиганты выделяют огромные средства на разработки, поэтому ждать осталось недолго.

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 можно отнести:

  • формование из препрегов, то есть полуфабрикатов,
  • метод аппликации,
  • формование непосредственно в форме с вакуумом,
  • формование давлением (ручная прикатка).

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

Карбон для автотюнинга

Внимание! Так называемый 3D-карбон , автовинил или пленка «под карбон» 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.

получение карбона своими руками

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)

  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 поверхностей.

  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.

тюнинг карбоном

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 карбона 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 поэкспериментировать с такими вакуумными пакетами. Они очень прочные и продаются разных размеров. А вакуумный насос для домашнего использования обойдется в среднем в 150-200$.

Еще один вариант вакуумной технологии — процесс формования включает в себя наложение слоев углеродного волокна на пресс-форму, упаковывание в мешки всей сборки и удаление лишнего воздуха с помощью вакуумной системы. Смоляная смесь затем подается с одного конца и затем всасывается в пакетированный узел под действием вакуума внутри. После периода охлаждения формованная деталь отделяется от пресс-формы, а избыток материала обрезается.

Метод формования карбона с помощью давления (ручная прикатка)

формование из углеполотна

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.

В общих чертах процесс изготовления углепластика своими руками выглядит так:

  1. На поверхность формы наносится разделительный воск, гелькоат для формирования защитно-декоративного слоя на поверхности готового изделия.
  2. После его высыхания наносится тонкий слой смолы, на который прикатывается или прижимается углеткань, для выхода пузырьков воздуха.
  3. Затем наносится еще один слой смолы для пропитки. Можно нанести несколько слоев ткани и смолы, в зависимости от требуемых параметров изделия.
  4. Смола может полимеризироваться на воздухе. Это происходит обычно в течение 5 дней. Можно поместить заготовку в термошкаф, нагретый до температуры 140 – 180 ◦С, что значительно ускорит процесс полимеризации.

Затем изделие извлекаем из формы, шлифуем, полируем, покрываем лаком, гелькоутом или красим.

Каждый слой прокатывается валиком для удаления пузырьков воздуха и получения максимального сцепления.

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.

Особенности и преимущества карбона. Его недостатки и способы имитации

Для многих автолюбителей желание тюнинговать свой автомобиль стало по-настоящему навязчивой идеей. Хочется изменить своего «железного коня», сделать его более ярким, непохожим на остальных. Так, одним из наиболее популярных направлений внешнего и внутреннего тюнинга является использование карбона. Но какой он этот материал, какие у него есть преимущества и недостатки, как его можно использовать. Давайте разберемся с этими вопросами более подробно.

Что такое карбон и чем он отличается от углепластика?

Производство столь популярного композитного материала было налажено уже давно. В начале 20 века, англичане из Фарнборо продемонстрировали публике первые детали, выполненные из этого чудо-материала. В его основе – огромное число переплетенных углеродных нитей, которые крепятся между собой с помощью эпоксидной смолы. Чтобы придать материалу максимальной прочности они укладываются под определенным углом друг к другу. Именно углеродные нити являются основным элементом этого композитного материала. Несмотря на свою минимальную толщину, их невозможно сломать или порвать. Рисунок современного стекловолокнистого полимера может быть выполнен в виде рогожи, елочки и прочих фигур.

Карбоновый диффузор

Карбоновый задний диффузор

Карбон активно применяется во многих сферах жизни, но в тюнинге автомобилей больше всего. Из этого материала изготавливаются спойлеры, капоты, различные элементы салона и кузова. Если вы собрались строить сверхоблегченный корч, то использование этого углеродного материала просто необходимо. Кроме этого, карбон нашел свое применение не только в авто – его активно используют для производства основных деталей катеров, снегоходов, мотоциклов и других видов транспорта.

Карбоновый воздухозаборник

Преимущества и недостатки углепластика

Материал «карбон» достаточно специфичен по своей структуре и особенностям, поэтому у него есть, как положительные, так и отрицательные стороны. К основным преимуществам можно отнести легкость и прочность. Что касается прочности, то благодаря особому плетению нитей, этот композитный материал и вовсе не уступает многим современным металлам. Вес карбона почти вполовину меньше, чем у стали и на 1/5 меньше, чем у алюминия.

Карбоновая крыша автомобиля

Карбоновая крыша автомобиля

Карбон: какая прочность на разрыв?

Слышали об уникальной прочности стекловолокна? Так вот, деталь, выполненная из карбона, обладает гораздо лучшими характеристиками в этом отношении. Поэтому именно этот композит применяется в автоспорте, где особое внимание уделяется безопасности пилотов и достижению результата. Любое снижение веса болида при сохранении максимального уровня прочности – это только плюс.

Карбоновая дверь и капот

Насколько этот углепластик прочнее металла?

Но есть у карбона и явные недостатки. Многих любителей тюнинга от покупки углепластиковых элементов "отговаривает" высокая стоимость. Если сравнивать с тем же стекловолокном, то карбон намного дороже. В качестве причины можно привести как раз уникальную технологическую сложность процесса производства. Да и сами исходные материалы обходятся производителям в «копеечку». К примеру, склеивание различных слоев в материале осуществляется с помощью качественных и дорогих смол. Кроме того, компании-производители для выпуска карбона вынуждены закупать специализированное и дорогостоящее оборудование.

Карбоновый задний спойлер

Но это не все недостатки популярного материала для тюнинга. Как показывает практика, этот композитный материал очень боится точечных и сильных ударов. Достаточно сильного воздействия даже мелкого камешка, чтобы насквозь пробить карбоновый элемент автомобиля. Уже через несколько лет эксплуатации тот же капот может иметь вид настоящего решета. Кроме этого, карбон очень не любит солнечных лучей. Если не прятать автомобиль в гараж и оставлять его на улице, то скоро первоначальный цвет будет утерян.

Карбоновый каркас и растяжки

Каркас и растяжки

Мы уже упоминали о чувствительности этого композита к различным ударам. Так вот, при повреждении данный материал невозможно постановить. Единственным выходом для автолюбителя является только полная замена детали, а это, как вы уже поняли, серьезные затраты.

Карбоновый капот

Капот из углеволокна

Возможна ли имитация карбона?

Обычному автолюбителю все равно, насколько прочным или легким является карбон. Главное, что он очень красиво смотрится – именно это привлекает любителей тюнинга. Поэтому нет необходимости использовать оригинальный дорогостоящий материал – достаточно его имитации.

Карбоновые дверные ручки

Дверные ручки "под-карбон"

Пленки ПВХ

Сегодня можно имитировать карбон несколькими различными методами. Наибольшую популярность (именно по причине своей доступности) получила специальная карбоновая ПВХ пленка , дублирующая оригинальный рисунок. Подобных «заменителей» сегодня множество, в самом различном исполнении. С помощью строительного фена и пленки можно оклеить практически любую деталь интерьера и экстерьера автомобиля, придав ей необычный вид карбона. Конечно, обтянуть мелкие элементы с первого раза не всегда получается, но если потренироваться, то даже эта задача становится выполнимой. Если в работе все-таки возникают проблемы, то всегда можно обратиться к мастерам своего дела. Организаций, которые занимаются подобным видом тюнинга, сегодня достаточно.

Зеркала под карбон

Аквапечать

Второй вариант имитации карбона – так называемая аквапечать . Здесь также осуществляется обклейка специальной пленкой, но накладывается она под давлением воды. Сделать такую работу в «гаражных» условиях уже не получится – необходимо дополнительное оборудование. Преимущество такого метода заключается в более высоком качестве тюнинга. При этом пленку, в отличие от прошлого метода, можно наносить даже на самые "фигуристые" детали. Если обработка выполнена качественно и с соблюдением технологии, то внешний вид нисколько не будет отличаться от настоящего карбона.

Салон оклеенный под карбон

К слову, формулировка «кузов или салон под карбон» сегодня очень популярна. Так вот, это совсем не значит, что элементы выполнены из дорогостоящего материала – просто сделана обтяжка специальной пленкой посредством одной из технологий, описанных выше.

Детали салона под карбон

Аэрография "под-карбон"

Раз мы уже начали описывать все варианты имитации, то должны упомянуть и третий способ – нанесение аэрографии. Конечно, по конечному внешнему виду данный метод хуже, чем два предыдущих, но в определенных кругах автолюбителей он также пользуется популярностью. Аэрограф, к сожалению, не способен с точностью передать рисунок композита – именно с этим и возникают определенные проблемы.

Как сэкономить на покупке и какова цена вопроса?

В любом случае композитный тюнинг сегодня очень популярен. Немного затрат и можно преобразить свой автомобиль, сделать его узнаваемым и ярким. кроме этого, карбоновая пленка, нанесенная на внешние элементы кузова, способна защитить металл и краску от внешних воздействий. Бесспорно, лучше использовать натуральный карбон или углепластиковый полимер. Но если необходимой суммы в наличии нет, то пленка "под-карбон" – лучший вариант.

Читайте также:

  • Крепление бруса металлическими уголками
  • Крепление мдф панелей к металлическому профилю
  • Изготовление цилиндра из металла
  • Кернер по металлу автоматический своими руками
  • Качели с крышей из металла

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *