Углепластик что это такое: Углепластик — это… Что такое Углепластик?

Углепластик — это… Что такое Углепластик?

Углепл́астик (углеродопласт) — композиционный материал на основе углеродного волокна и синтетической смолы.

Также называют — карбоном или карбонопластиком.

Плотность от 1450 кг/куб.м.

Материалы отличаются высокой прочностью, жёсткостью и малым весом, часто прочнее стали, но гораздо легче(по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА).

Вследствие дороговизны (1 кг отечественной угольной ткани = 8…10 т.р.), этот материал применяют обычно в качестве усиливающих дополнений в основном материале конструкции (не всегда, а только при экономии средств и отсутствия необходимости получения максимальных характеристик).

Производство

Прессование. Углеткань выстилается в форму, предварительно смазанную антиадгезивом (например, мыло, воск, воск в бензине, Циатим-221, кремнийорганические смазки). Пропитывается смолой. Излишки смолы удаляются в вакууме(вакуум-формование) или под давлением.

Смола полимеризуется, иногда при нагревании. После полимеризации смолы изделие готово.

Контактное формование: На примере изготовление бампера: берется металлический исходный бампер(-«болван»), смазывается разделительным слоем. Затем на него напыляется монтажная пена (гипс, алебастр,…). После отверждения — снимается — это матрица. Затем ее смазывают разделительным слоем и выкладывают ткань. Ткань может быть предварительно пропитанной, а можно пропитывать кисточкой или поливом прямо в матрице. Затем ткань прокатывается валиками — для уплотнения и удаления пузырьков воздуха. Затем полимеризация (если отвердитель горячего отверждения, то в печке, если нет, то при комнатной температуре — 20 гр. Цельсия). Затем бампер снимается, если надо — шлифуется и красится.

Трубы и иные цилиндрические изделия производят намоткой.

Форма волокна: нить, лента, ткань.

Смола: эпоксидная.

Возможно изготовление форм из углепластика в домашних условиях, при наличии опыта и оборудования.

Применение

Корпус зеркала гоночного автомобиля из углепластика

Используется вместо металлов во многих изделиях, от частей космических кораблей до удочек

• ракетно-космическая техника
• авиатехника (самолётостроение, вертолётостроение)
• судостроение (корабли, спортивное судостроение)
• автомобилестроение (спортивные автомобили, мотоциклы, тюнинг и отделка)
• наука и исследования
• спортивный инвентарь (велосипеды, удочки)
• медицинская техника
• рыболовные снасти (удилища)

Ссылки

Wikimedia Foundation. 2010.

Материал карбон что это такое

Что такое карбон (углеткань). — DRIVE2

Защита мерседес гелендваген. Была сделана лично мной под заказ.

Комплект арок для форд раптор. Полностью углеволокно.

Автомобильный бокс.Полностью карбоновый с отличной аэродинамикой.Для скоростей свыше 200 км/ч.

Полный размер

Насадки глушителя углеволокно.

Полный размер

Маска фары из карботаниума.

Полный размер

Ламинация диска карбоном.

Полный размер

Насадка глушителя карбон.

маска линзы карбон.

Полный размер

фары карбон

Полный размер

карбон

бокс на крышу

фендеры карбон

защита моторного отсека месредес гелендваген

вставки в крылья форд раптор

молдинги двери тайота ленд крузер карбоновые

Полный размер

копаки карбон

Хочется рассказать о 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 напра

углеволокно, карбон, что это?! давайте разбираться вместе))) — DRIVE2

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 полиме

Что такое карбон

Что такое карбон?

Карбон – это техническая ткань, состоящая из тысяч переплетенных между собой углеродных волокон, образующих ту самую ткань. Карбон выпускается в виде тканей с самыми разнообразными переплетениями в зависимости от целевого применения и является всего лишь одной частью конструкционных материалов, включающих в себя много частей, которые известны всем, как композитные материалы. Композиты производятся из составляющих, которые объединяют в себе качества разных материалов, а целью является отсутствие жесткости или получение прочности. В случае с карбоном, стекловолокном, Кевларом или другими аналогичными тканями, композитный материал, о котором идет речь, носит название «FRP» (Fiber Reinforced Polymer – полимер, армированный волокнами). В производстве такого полимера ткань используется для того, чтобы «усилить» конструкционную жесткость смолистого подслоя. Смола обеспечивает прочность композита, а карбон добавляет структурную целостность пластику, который в ином случае будет хрупким.

Как производится карбон?

Карбон (углеволокно), как видно из его названия, это ткань, состоящая только из угля и не имеющая иных элементов в своем составе. Но начинать производство просто с карбона и с создания ткани с переплетениями волокон было бы настоящим, но труднодостижимым, подвигом. Вместо использования карбона в качестве сырья, заводы по производству текстиля начинают с пластмасс с более сложным молекулярным составом, где толщина нити меньше толщины человеческого волоса. Затем требуется выполнить ряд определенных действий, начиная от термообработки и заканчивая химической обработкой. Окончательным результатом этих сложных процессов является доводка состава полимерных материалов до его самой эмпирической формы – формы чистого карбона.

Карбон часто замеряется и продается с ориентиром на несколько критериев, на тип плетения волокон, на абсолютные значения (измерение прочности отдельно взятого волокна) и вес ткани. Все замеры идут в унциях на квадратный ярд, плюс указывается количество волокон (обычно в диапазоне от 3 000 до 12 000 волокон).

Какие существуют типы переплетения?

Однонаправленное плетение:

Однонаправленное плетение подразумевает направление всех карбоновых жгутов (волокон) в одном и том же направлении. Плетение в этом стиле не является видимым невооруженному глазу. Поскольку плетение, как таковое, отсутствует, нити волокна необходимо как-то удерживать вместе. И в этом случае необходимо протягивать другую нить по диагонали или перпендикулярно так, чтобы ткань оставалась гладкой и равномерной (и этот элемент плетения не является конструкционным). В результате того, что жесткость ткани обеспечивается только в одном направлении, такой тип плетения редко применяется в автоспорте, где нагрузка может идти в любом направлении.

Двунаправленное плетение волокон:

Карбон двунаправленного плетения – это базовый и наиболее часто встречающийся тип переплетения волокна. Жгуты переплетаются друг с другом под требуемым углом, за счет чего ткань получает структуру типа «шахматная доска», где нити полотна прокладываются боком и по вертикали. В этом случае все волокна направлены таким образом, чтобы нагрузка могла налагаться в любом направлении, при этом композитный материал должен сохранять свою прочность.

Плетение по диагонали в две через две нити

Плетение по диагонали в две через две нити – это самый распространенный тип плетения карбона, который повсеместно применяется в автоспорте. Это плетение немного сложнее по сравнению с двунаправленным волокном, поскольку две нити проходят над другими двумя нитями, либо одна над двумя или две над одной. В результате такого переплетения нитей на ткани создается рисунок «елочка». Из-за того, что плетение две через две нити по диагонали идет как с вертикальными, так и с горизонтальными нитями (нить основы и уток), ткань становится очень гибкой и может принимать различные сложные формы. При работе с карбоном этого типа плетения не требуется выполнять такие работы, как «пакетирование», «растягивание» или резка.

Плетение по диагонали в четыре через четыре нити

Аналогично плетению по диагонали в две через две нити, а именно в четыре через четыре нити, этот тип относится к двустороннему переплетению по диагонали, где один жгут включает в себя четыре нити. В результате ткань не настолько плотная по сравнению с плетением в две через две нити, но в случае с изогнутыми поверхностями достигается лучший коэффициент покрытия, поскольку между фактическими точками переплетения «над и под» расстояние больше, что эффективнее, поскольку в этом случае достигается меньшее количество жестких швов. Благодаря этому покрытие карбоном изогнутых литых форм становится простым.

Прорезиненное переплетение

Прорезиненная карбоновая ткань – это очень специфический способ изготовления ткани, который встречается намного реже по сравнению со всеми типами плетения, которые мы обсуждаем. Прорезиненное плетение волокон означает, что каждая прядь состоит от 3000 до 12000 нитей, при этом каждая нить выкладывается плотно в ряд, одна за другой, образуя тончайшую карбоновую ленту. Стандартные пряди соединяются вместе посредством нескольких слоев карбоновых нитей. Прорезиненную ткань можно определить за счет наличия широких открытых участков. За счет шахматного порядка двунаправленного карбонового волокна со структурой прорезиненной ткани образуются квадратные участки размером один дюйм.

 

Поскольку за счет крупного размера этих участков переплетения ткань теряет в своей плотности, точки плетения «над и под» находятся на большом расстоянии друг от друга. Итак, точки пересечения нитей находятся на расстоянии друг от друга, частота изменения направления сильно снижена, и ткань может намного плотнее прилегать к поверхности.

Как было описано на сайте, английском поставщике материалов и полимеров, «прорезиненные ткани набирают свою популярность в сфере применения высокотехнологичных композитов благодаря своему невероятно плоскому профилю, который практически исключает так называемый «копир-эффект» и эффект проявления определенной текстуры на поверхностях, требующих идеальной гладкости (например, крылья самолета).

Поскольку слой ткани намного тоньше, можно накладывать слой поверх другого слоя и тем самым достичь необходимых прочностных характеристик. Этот тип карбона часто используется в тех сферах, где аэродинамические характеристики преобладают над прочностными. Прорезиненная ткань имеет внешний вид, отличный от стандартного, который сразу вызывает или любовь, или ненависть.

Различные смолы

Карбоновая ткань является только одной составляющей композитного материала, на который ссылаются, когда говорят об автоспорте и гонках на треках. Другим важным компонентом является смола, которая обогащает саму ткань и придает ей фактическую жесткость. Смолы применяются в различных полимерных «блюдах». Два наиболее часто используемых материала — это эпоксидная смола и полиэфирная смола. Любой, кто когда-либо работал со стекловолокном, чтобы просто починить хоть свою доску для серфинга, хоть деталь от автомобиля, знает, что эта смола может оказаться самой настоящей проблемой. Летучие органические соединения (ЛОС) – это пары, которые являются отличительной чертой многих вид смол, хотя в свободном доступе есть и такие, в которых эти химические составляющие, способные повредить ваш мозг, не применяются. Практически всем известен обратный эффект работы со смолой, когда надлежащие средства индивидуальной защиты не используются, но при этом развивается гиперчувствительность и аллергия. И эти случаи стали уже настолько привычными, что мы часто слышим анекдоты про людей, не способных находиться в помещении, в котором идет работа со смолой.

Эпоксидная смола

Эпоксидная смола – это самая распространенная многоцелевая структурная смола. Как и в случае с практически всеми типами смол, это двухкомпонентный раствор из смолы и катализатора. Время реакции варьируется, но при этом напрямую зависит от условий окружающей среды. Срок годности (рабочее время), в основном, составляет от пяти до тридцати минут. В общем, тепловое воздействие всегда ускоряет процесс «созревания», но весь процесс схватывания обычно занимает, ни много, ни мало, а целые сутки (24 часа) – если на смесь никак не воздействовать. По сравнению с полиэфирной смолой эпоксидная смола отличается более высокой прочностью, но требует терпения при работе с ней.

Полиэфирная смола

Полиэфирная смола – это более дешевая альтернатива эпоксидной смоле, с быстрым временем схватывания. В основном, она используется в тех ситуациях, когда структурная целостность уступает эстетической стороне вопроса, как утверждают специалисты с сайта easycomposites. co.uk: «Тем не менее, существуют ситуации, в которых многослойная структура имеет наименьшее значение, а такие свойства, как внешний вид, стойкость к УФ излучению и цена, стоят на первом месте по своей значимости».

Препреги (ткани с предварительной пропиткой)

Некоторые ткани из карбона могут выпускаться, как предварительно пропитанные раствором смолы, где катализатором выступает термообработка. Препреги используются во многих промышленных сферах, занятых производством композитов, поскольку их применение не требует выполнения каких-то сложных процессов, а при непосредственной работе беспорядок сведен к минимуму: нужно всего лишь смешать смолы и уложить влажную ткань слоями.

 
Препреги также являются предпочтительным материалом в тех сферах промышленности, где вес играет важную роль. К таким сферам относится авиация, где большая часть от массы деталей приходится на смолу, а не на ткань. С учетом того минимума, который нужен для тщательной и равномерной пропитки ткани смолой, препрег может применяться для создания самой прочной и легковесной конструкции.

Производственные процессы

Влажные выкладки

Традиционно небольшие детали выкладываются во влажном состоянии, вместе с вогнутой формой, затем создается пробка (но это уже другая история). Сухая ткань размещается внутри формы. Смола наносится малярной кистью до тех пор, пока ткань не будет ей насквозь пропитана или насыщена. Следующие слои ткани кладутся поверх первого слоя, при этом нужно соблюдать направление плетения: 45 градусов для двунаправленного плетения и 90 градусов для ткани с саржевым переплетением. Если слои ткани не совпадают по направлениям, на выходе деталь потеряет свою жесткость по одной оси, а по другой будет слишком усилена.

Уложив, таким образом, столько слоев ткани, сколько необходимо для получения нужной толщины, излишек смолы соскребается с помощью скребка так, будто вы убираете воду со своего ветрового стекла. Затем деталь подвергается обработке в вакуумном мешке под низким давлением. В результате смола заполняет все оставшиеся воздушные пустоты, вытесняя тем самым мельчайшие воздушные пузырьки, а излишки смолы уходят.

В некоторых случаях все эти манипуляции выполняются в обратном порядке. Сухая ткань подвергается обработке в вакуумном мешке в форме, и только затем наносится смола. Благодаря этому методу отходы и грязь отсутствуют. На финальном этапе проходит термообработка. Все детали «запекаются» внутри духовки под давлением, так называемом автоклаве, и смола полностью схватывается.

Хотя большинство не имеет доступа к специализированному оборудованию, такие процедуры, как обработка в вакуумном мешке и запекание в автоклаве являются факультативными для рабочих деталей, структура которых не должна отвечать специфическим требованиям.

Сферы применения

Карбон набрал свою силу в автомобильной сфере промышленности. На вторичном рынке карбон – это материал, который чаще всего используется для покрытия деталей. Кузовные детали, детали для внутренней отделки салона – и все это выполнено из карбона, который обеспечивает автомобилю внешний вид высочайшего класса. Функционально детали из карбона применяются практически во всех сферах – начиная от автомобильной промышленности, продолжая судостроением и заканчивая авиацией.

Карбон используется в постройке гоночных кресел, карданных валов, таких защитных приспособлений, как шлемы и средства пассивной безопасности (подголовники), и даже технология производства составных пружин начинает применять карбон для систем подвесок.

Карбон – это не панацея

Привлекательность карбона настолько высока для многих, что сегодня существует тенденция неверного использования этого материала в тех сферах, где наилучшим решением до сих пор является металлический сплав. Карбон, а особенно смола, плохо переносят работу в высокотемпературной среде, с теплозащитой, с компонентами выхлопной системы или любыми другими деталями двигателя. Когда в этих случаях карбон выбирается в качестве исходного материала, следует очень тщательно проводить оценку рабочих условий. Существуют жаропрочные смолы, но сфера их применения до сих пор имеет свои ограничения.

Сопротивление удару

Карбон может похвастаться тем, что эта (уже ставшая крылатой) фраза полностью отвечает его сущности: чем легче алюминий, тем прочнее сталь. Хотя это действительно правда, важно понимать, что речь идет о прочности на разрыв, а не об ударной вязкости или жесткости. С инженерной точки зрения «ударная вязкость» — это технический термин, который говорит об износостойкости, поскольку этот композит является армированным слоистым полиэстером, сопротивление удару которого — низкое. И даже слабый точечный удар может привести к отслаиванию и, в кончено итоге, выходу материла из строя. По этой причине карбон не может применяться для создания износостойких или многоразовых опорных плит седельно-сцепного устройства удовлетворительного качества, для производства различных компонентов подвески или любых других деталей, которые эксплуатируются в условиях максимальной нагрузки.

Проводимость

Карбон является проводимым материалом! Чистый карбон чрезвычайно эффективно передает тепло сам по себе. Например, капот автомобиля, выполненный из карбона, может очень быстро нагреваться на солнце до нескольких сот градусов. Ультрафиолетовые лучи могут повредить композит: придать ему желтый оттенок или стать причиной растрескивания смолы, поэтому деформация является распространенным дефектом. В авиации многие запчасти из карбона покрываются глянцевой белой краской, поскольку тепло, образующееся от воздействия УФ лучей, может деформировать раму, оказать негативное воздействие на аэродинамические характеристики. Кроме того, УФ лучи могут как-то иначе изменить структуру самолета.

Карбон – это еще и электропроводящий материал. Возможно, вас смутит то, каким же образом композит на основе пластмассы может вдруг стать электропроводящим, но ткань из чистого карбона «прокладывает» своеобразный путь электричеству, даже если карбон обогащен изоляционным полимером. Когда карбон выбирается в качестве поверхности для электроники или в качестве кожуха охлаждающего вентилятора, убедитесь в наличии заземления, которое не должно «проходить» через карбон. Анекдот из жизни: мы как-то были свидетелями чуть не начавшегося возгорания в двигателе владельца грузовика Geiser Trophy, поскольку он просто-напросто не верил, что карбон является проводимым материалом, а возгорание смолы – это вам не шутки.

Работа с карбоном

Если стекловолокно когда-нибудь попадало вам на кожу, то вы знаете, как сильно раздражают эти невидимые глазу частички. А карбон гораздо хуже! Избегайте прикасаться голыми руками к рваным краям карбона и к рубленому волокну.

При заказе ткани из карбона важно убедиться, что он поставляется в рулонах, как оберточная бумага. Карбон, упакованный «сложениями», будет иметь загибы и, в результате, конструкционная целостность его загнутых волокон будет нарушена. Соблюдайте эти инструкции при работе с материалом, и храните ткань в чистоте во избежание появления пыли и жирных отпечатков пальцев, обеспечивая при этом максимально правильную укладку. Смешивать смолу необходимо в небольших емкостях, что является нормой. Будьте внимательны, смолу нельзя смешивать в емкостях, покрытых воском. Воск вступает в реакцию со смолами, в результате чего смола затвердевает. Затвердевание смолы – это экзотермическая реакция, что значит нагнетание тепла в качестве побочного продукта в результате химической реакции. Смешивая большое количество смолы, убедитесь, что ее излишки находятся вне зоны хранения горючих материалов, иначе существует высокий риск возникновения пожара.

Заключение

Объем базовых знаний, которые мы даже не затронули в этой статье, просто огромен. Но мы надеемся, что этот общий обзор помог вам лучше представить себе, что такое карбон. Это крайне универсальный и прочный материал, если с ним обращаться с умом. Но если его использовать неверно, он становится самым настоящим бельмом на глазу. Создание простых деталей в домашних условиях не представляет собою никаких сложностей, но приготовьтесь выделить немного больше времени на работу с ним по сравнению со стекловолокном. Учитывайте в своем проекте все – цели, бюджет. И только потом принимайте решение, является ли карбон правильным выбором или вам просто хочется добавить эстетики своему автомобилю?

Данные взяты с сайта: tourerv.ru

Карбоновые удилища. Вся правда о карбоне

В последнее время, как только заходит речь об удилищах, сразу же вспоминают про различные аббревиатуры, которые характеризуют карбон, из которого сделаны удилища. 1К, 2К, 3К. «Это удилище из высокотехнологичного карбона», «Высококачественный карбон, делает удилище..», «Карбон, из которого сделан бланк, отвечает самым высоким требованиям» и так далее, и так далее. А что же скрывается за всей этой маркетинговой терминологией?

Что такое карбон?

Карбон — углерод, представляющий собой полимерный композиционные материал из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных смол. Отличается высоко прочностью и малой массой. Зачастую гораздо прочнее стали, но в разы легче. По удельным характеристикам превосходит многие высокопрочные стали.

Но отойдем в сторону от точных определений. Самое главное, что вы должны понимать в карбоне, что его на самом деле существует два вида: чистое углеродное волокно (оно же carbon fiber) и углепластик (полимер, усиленный углеродным волокном — carbon fiber reinforced polymer). Оба этих материала в быту называют карбоном, что, в конечном итоге, привело к тому, что понятия стали путать между собой.

Практически весь карбон, из которого делаются удилища получается из полиакрилонитрила (сокращенно ПАН) при помощи окислительного пиролиза и последующей обработки в инертном газе. Нити углерода получаются очень тонкие (ориентировочно 0,005-0,10мм в диаметре), сломать их очень просто, а вот порвать очень сложно. Из этих нитей и сплетаются ткани, из которых затем делаются бланки для удилищ.

Почему карбон так удобен для производстве удилищ?

Использование карбона позволяет достигнуть высокой прочности удилища, жесткости, при очень малом весе. Дело в том, что карбон является материалом, механические свойства которого зависят от направления волокон. Комбинируя их в различных направлениях, можно добиваться оптимальных характеристик различных изделий, будь то удилища или любое другой изделие. То есть, характеристики бланка зависят напрямую от того плетения, на которое пал выбор разработчиков удилища. Карбон позволяет добиться практически любой формы изделия, именно поэтому у инженеров куда больше возможностей и свободы в создании «идеального» удилища.

Из какого карбона лучше всего покупать удилища?

Это очень сложный вопрос. Определить на глазок что за карбон перед вами очень тяжело. Производители могут написать всякое. Единственный совет, который точно можно дать — это избегать различных дешевых «трехкопеечных» бланков непонятного производства. Остается только гадать откуда производитель берет этот материал. А самое главное, большинство рецептов карбонового волокна являются частной собственностью (запатентованными) и просто так ни одна фирма не расскажет вам состав.

Точно так же не стоит доверять различным рекламным лозунгам, что такая-то компания использует «особенный», «исключительный», «высокотехнологичный» и так далее карбон. Правда состоит в том, что две трети мирового рынка по производству карбона принадлежат трем японским фирмам — Toray (30%), Mitsubishi (18%), Toho (18%). За ними расположились такие фирмы, как венгерская Zoltek (17%), немецкая Hexcel (7%), американская Cytek (3%), на всех остальных приходится в общей сложности еще 6%.

Всего в год производится порядка 43,5 тысяч тонн карбона. Из них 41% — потребляет авиация, космическая и военные промышленности. 17% — спорт, 12% — строительство 12% — различные нужды, по 5%-6% автомобилестроение, гражданская инженерия и так далее. Не будем тонуть в цифрах.

Важно, что из всего оборота на спорт, рыбалка забирает не более 2-3%. Теперь вдумайтесь — если вы владеете инфраструктурой, позволяющей исследовать новые виды карбоновых волокон, чем вы займетесь — производством деталей для космической промышленности или для удилищ? Будете работать с 41% рынка или сосредоточитесь на двух процентах даже не от общего рынка, а от 1/5 этого рынка? Ответ очевиден, поэтому искренность заявлений производителей рыболовных аксессуаров касательно «уникального карбона» вызывает большие подозрения. Мы не беремся утверждать, правда это или нет. Мы просто даем пищу для размышлений.

Характеристики карбона

При получении карбона из поликарилонитрила, под микроскопом полученная нить будет напоминать ствол дерева. Плотный в центре, с шероховатой корой снаружи. Если продолжать очищать нить от «коры», то получится нить меньшего диаметра, но большей плотности. Соответственно на одну и ту же единицу площади поместится большее количество таких нитей, что позволит добиться не меньшей жесткости, но гораздо уменьшить вес. Производство таких тонких волокон сопряжено с большими издержками, потому что волокно получается хрупким и использовать его необходимо с большой осторожностью. Отсюда и высокая стоимость такого карбона. Однако очень эластичный карбон является очень хрупким материалом. Поэтому инженером постоянно приходится ломать голову, чтобы найти оптимальный баланс между прочностью и эластичностью. Это достигается уже при помощи рецепта карбонового волокна, в котором комбинируют несколько слоев карбона с различными характеристиками. Каждая такая комбинация и есть главная тайна и секрет любого удилища, да и просто изделия.

Теперь стоит поговорить о самых наших любимых характеристиках — 1К, 2К, 3К, которыми часто маркируют карбон. Подобная маркировка относится к плетению углеродного волокна. Нити собирают в полоски и эти полоски переплетают друг с другом. 1К означает, что в полосе 1000 нитей, 2К — 2000 нитей, а 3К — 3000 нитей. На самом деле эта характеристика никаким образом не является признаком тех или иных свойств самого волокна. Важно не количество нитей в полосе, а то, каким образом плетутся эти полосы, и из какого состава-рецепта сделаны волокна. А это уже зависит от производителя.

Вернемся к мировому рыболовному рынку!

Здесь все сурово. Подавляющее большинство удилищ, которые сегодня продаются в магазинах изготовлены в Азии, на фабриках, каждая из которых обслуживает сразу несколько брендов. Современные бренды, причем не только в рыболовной индустрии, в большинстве своем являются самыми настоящими маркетинговыми и инженерными центрами, но не производителями. Они заключает контракты с так называемыми Original Equipment Manufactures, если говорить по-русски, посредниками, отсылают им дизайн и желаемые характеристики, которые они хотят получить на выходе, а уже OEM несет ответственность за производство. Такие фабрики отправляют готовые удилища, на которых стоит Made in China, или же могут отправить удилище, которое будет еще доведено до ума. Во втором случае вы можете зачастую видеть заветные Made in UK, Made in Germany и так далее.

Вполне распространенная практика, когда сразу несколько компаний работает с одной и той же фабрикой. Но также и бывает масса случаев, когда один бренд работает с несколькими OEM, когда хочет производить несколько видов удилищ.

Но это вовсе не означает, что вас обманывают. Как раз нет. Ведущие бренды отдают процесс производства карбоновых удилищ в руки профессионалов, которые занимаются только плетением карбоновых волокон и изделиями из карбона. Конечно, это все стоит денег, и увеличивает цену исходного продукта. Теперь представим ситуацию, когда вы покупаете вроде бы карбоновое удилище, которое стоит ну совсем дешево.

Сразу можете убрать отсюда работы по инженерным расчетам и дизайнеров. Вам просто продают готовую, стандартную заготовку, уберите затраты на маркетинговые исследования и сертификацию производства (самый главный признак отсутствия контроля качества) и так далее.

Репутационные риски заставляют известные бренды подходит крайне ответственно к вопросу качества, тогда как никому неизвестные производители подобных рисков вообще не имеют. Ну закрыл ты эту фирму, открыл завтра новую. Вот и все дела. Вы никогда не узнаете какие конкретно материалы были использованы, какая смола, что ожидать от удилища. Если вы считаете данный риск оправданным низкой ценой, конечно, покупайте. Но разве много у нас людей осознают эти риски? Надеемся, что после прочтения данной статьи, их число хотя бы немножко увеличится.

Полное или частичное копирование без согласования с редакцией портала запрещено

Углеродное волокно — Википедия

Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 5 до 15 мкм, 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 Углеродная лента

Впервые получение и применение углеродных волокон было предложено и запатентовано в 1880 г. американским изобретателем Эдисоном для нитей накаливания в электрических лампах. Эти волокна получались в результате пиролиза хлопкового или вискозного волокна и отличались высокой пористостью и хрупкостью.

Вторично интерес к углеродным волокнам появился, когда велись поиски материалов, пригодных для использования в качестве компонентов для изготовления ракетных двигателей. Углеродные волокна по своим качествам оказались одними из наиболее подходящих для такой роли армирующими материалами, поскольку они обладают высокой термостойкостью, хорошими теплоизоляционными свойствами, коррозионной стойкостью к воздействию газовых и жидких сред, высокими удельными прочностью и жёсткостью.

Углеродное волокно 3К, 12К, 24К

В 1958 г. в США были получены УВ на основе вискозных волокон. При изготовлении углеродных волокон нового поколения применялась ступенчатая высокотемпературная обработка гидратцеллюлозных (ГТЦ) волокон (900 °C, 2500 °C), что позволило достичь значений предела прочности при растяжении 330—1030 МПа и модуля упругости 40 ГПа. Несколько позднее (в 1960 г.) была предложена технология производства коротких монокристаллических волокон («усов») графита с прочностью 20 ГПа и модулем упругости 690 ГПа. «Усы» выращивались в электрической дуге при температуре 3600 °C и давлении 0,27 МПа (2,7 атм). Совершенствованию этой технологии уделялось много времени и внимания на протяжении ряда лет, однако в настоящее время она применяется редко ввиду своей высокой стоимости по сравнению с другими методами получения углеродных волокон.

Почти в то же время в СССР и несколько позже, в 1961 г., в Японии были получены УВ на основе полиакрилонитрильных (ПАН) волокон. Характеристики первых углеродных волокон на основе ПАН были невысоки, но постепенно технология совершенствовалась и уже через 10 лет (к 1970 г.) были получены углеродные волокна на основе ПАН-волокон с пределом прочности 2070 МПа и модулем упругости 480 ГПа. Тогда же была показана возможность получения углеродных волокон по этой технологии с ещё более высокими механическими характеристиками: модулем упругости до 800 ГПа и пределом прочности более 3 ГПа. УВ на основе нефтяных пеков были получены в 1970 г. также в Японии.

Углеродная ткань плотностью 200 гр/м2

Чэнь и Чун исследовали эффект углеродного волокна с добавкой кремнезема на усадку при высыхании бетона и пришли к выводу, что объемное соотношение углеродного волокна в количестве 0,19 % (при средней длине волокна 5 мм и диаметре 10 мкм) с отношением микрокремнезема, равным 15 % от массы цемента, вызывало снижение усадки при высыхании до 84 %. Исследователи обнаружили, что использование углеродного волокна с микрокремнеземом позволяет улучшить такие свойства, как прочность при сжатии и химическая стойкость^[1].

Алхадиси Абдул Кадир и другие исследовали влияние добавки углеродного волокна на механические свойства легкого бетона. Волокно было добавлено в соотношении 0,5 %, 0,1 %, 1,5 % по объёму. Все составы характеризовалось повышенной прочностью на сжатие и прочностью на разрыв, а также сопротивлению изгибу около 30 %, 58 % и 35 %, соответственно, по сравнению с эталонной смеси^[2].

Рис. 1. Структуры, образующиеся при окислении ПАН-волокна

УВ обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температурная обработка состоит из нескольких этапов. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры, представленные на рис. 1. После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения УВ могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

Углеродные волокна могут выпускаться в разнообразном виде: штапелированные (резаные, короткие) нити, непрерывные нити, тканые и нетканые материалы. Наиболее распространенный вид продукции — жгуты, пряжа, ровинг, нетканые холсты. Изготовление всех видов текстильной продукции производится по обычным технологиям, так же, как для других видов волокон. Вид текстильной продукции определяется предполагаемым способом использования УВ в композиционном материале, точно так же, как и сам метод получения композита. Основные методы получения композитов, армированных углеродными волокнами, являются обычными для волокнистых материалов: выкладка, литье под давлением, пултрузия и другие. В настоящее время выпускается ряд видов УВ и УВМ, основные из которых перечислены ниже.

• На основе вискозных нитей и волокон:
  • нити, ленты, ткани;
  • нетканый материал;
  • активированные сорбирующие ткани;
  • активированные сорбирующие нетканые материалы.
• На основе вискозных штапельных волокон:
  • волокна и нетканые материалы: карбонизованые и графитированые;
• На основе ПАН-нитей и жгутов:
  • ленты и ткани ;
  • активированные сорбирующие волокна и нетканые материалы;
  • дисперсный порошок из размолотых волокон.
• На основе ПАН-волокон:
  • Волокна и нетканые материалы: карбонизованные и графитированные.

УВ имеют исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °С в отсутствие кислорода механические показатели волокна не изменяются. Это предопределяет возможность применения УВ в качестве тепловых экранов и теплоизоляционного материала в высокотемпературной технике. На основе УВ изготавливают углерод-углеродные композиты, которые отличаются высокой абляционной стойкостью. УВ устойчивы к агрессивным химическим средам, однако окисляются при нагревании в присутствии кислорода. Их предельная температура эксплуатации в воздушной среде составляет 300—370 °С. Нанесение на УВ тонкого слоя карбидов, в частности, SiC или нитрида бора, позволяет в значительной мере устранить этот недостаток. Благодаря высокой химической стойкости УВ применяют для фильтрации агрессивных сред, очистки газов, изготовления защитных костюмов и др. Изменяя условия термообработки, можно получить УВ с различными электрофизическими свойствами (удельное объёмное электрическое сопротивление от 2⋅10⁻³ до 10⁶ Ом/см) и использовать их в качестве разнообразных по назначению электронагревательных элементов, для изготовления термопар и др.

Активацией УВ получают материалы с большой активной поверхностью (300—1500 м²/г), являющиеся прекрасными сорбентами. Нанесение на волокно катализаторов позволяет создавать каталитические системы с развитой поверхностью.

Обычно УВ имеют прочность порядка 0,5—1 ГПа и модуль 20—70 ГПа, а подвергнутые ориентационной вытяжке — прочность 2,5—3,5 ГПа и модуль 200—450 ГПа. Благодаря низкой плотности (1,7—1,9 г/см³) по удельному значению (отношение прочности и модуля к плотности) механических свойств лучшие УВ превосходят все известные жаростойкие волокнистые материалы. Удельная прочность УВ уступает удельной прочности стекловолокна и арамидных волокон. На основе высокопрочных и высокомодульных УВ с использованием полимерных связующих получают конструкционные углеродопласты. Разработаны композиционные материалы на основе УВ и керамических связующих, УВ и углеродной матрицы, а также УВ и металлов, способные выдерживать более жёсткие температурные воздействия, чем обычные пластики.

УВ применяют для армирования композиционных, теплозащитных, химостойких и других материалов в качестве наполнителей в различных видах углепластиков. Наиболее ёмкий рынок для УВ в настоящее время — производство первичных и вторичных структур в самолетах различных производителей, в том числе таких компаний как «Boeing» и «Airbus» (до 30 тонн на одно изделие). По причине резко возросшего спроса в 2004—2006 гг. на рынке наблюдался большой дефицит волокна, что привело к его резкому подорожанию.

Из УВ изготавливают электроды, термопары, экраны, поглощающие электромагнитное излучение, изделия для электро- и радиотехники. На основе УВ получают жёсткие и гибкие электронагреватели, в том числе ставшие популярными т. н. «карбоновые нагреватели», обогревающие одежду и обувь. Углеродный войлок — единственно возможная термоизоляция в вакуумных печах, работающих при температуре 1100 °C и выше. Благодаря химической инертности углеволокнистые материалы используют в качестве фильтрующих слоёв для очистки агрессивных жидкостей и газов от дисперсных примесей, а также в качестве уплотнителей и сальниковых набивок. УВА и углеволокнистые ионообменники служат для очистки воздуха, а также технологических газов и жидкостей, выделения из последних ценных компонентов, изготовления средств индивидуальной защиты органов дыхания. Широкое применение находят УВА (в частности, актилен) в медицине для очистки крови и других биологических жидкостей. В специальных салфетках для лечения гнойных ран, ожогов и диабетических язв незаменима ткань АУТ-М, разработанная в начале 80-х годов и опробованная при боевых действиях в Афганистане^[3]. Как лекарственное средство применяют при отравлениях (благодаря высокой способности сорбировать яды. Например, препарат «Белосорб», или АУТ-МИ на основе светлогорского сорбента), как носители лекарственных и биологически активных веществ. УВ-катализаторы используют в высокотемпературных процессах неорганического и органического синтеза, а также для окисления содержащихся в газах примесей (СО до CO₂, SO₂ до SO₃ и др.). Широко применяется при изготовлении деталей кузова в автоспорте, а также в производстве спортивного инвентаря (клюшки, вёсла, лыжи, велосипедные рамы и компоненты, обувь) и т. д.

Углеволокно применяется в строительстве в различных системах внешнего армирования (СВА) — при его помощи усиливают железобетонные, металлические, каменные и деревянные конструктивные элементы зданий и сооружений с целью устранения последствий разрушения материала и коррозии арматуры в результате длительного воздействия природных факторов и агрессивных сред в процессе эксплуатации, а также для сейсмоусиления. Суть данного метода заключается в повышении прочности элементов, воспринимающих нагрузки в процессе эксплуатации зданий и сооружений, с помощью углеродных тканей, ламелей и сеток. Усиление строительных конструкций углеволокном повышает несущую способность без изменения структурной схемы объекта.

• С. Симамура. Углеродные волокна. М.: «Мир», 1987.
• Конкин А. А., Углеродные и другие жаростойкие волокнистые материалы, М., 1974.

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 п

Карбон (материал) — это… Что такое Карбон (материал)?

Углепластик — полимерный композиционный материал из переплетенных нитей углерода, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол.

Основная составляющая часть углепластика – это нити углерода (по сути, тоже самое что и, например, стержень в карандаше). Такие нити очень тонкие, сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и проч.). Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол. Применяется для изготовления лёгких, но прочных деталей, например: кокпиты и обтекатели в Формуле 1, спиннинги, мачты для виндсерфинга, бамперы и пороги на спортивных автомобилях, несущие винты вертолётов.

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.

Температурная обработка состоит из нескольких этапов.

Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов.

В результате окисления образуются лестничные структуры.

После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.

Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000°С, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна.

Детали из карбона обходятся значительно дороже аналогичных деталей из стекловолокна.

«Дороговизна» карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов.

Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклотканью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудования, к примеру, такое как автоклав.

Недостатком карбона является боязнь «точечных» ударов. Например, капот из карбона может превратиться в решето после частого попадания мелких камней. В отличие от металлических деталей или деталей из стеклоткани, восстановить первоначальный вид карбоновых деталей невозможно. Поэтому, после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком. Кроме того, детали из карбона подвержены выцветанию под воздействием солнечных лучей.

Применение

Корпус зеркала гоночного автомобиля из углепластика

Используется вместо металлов во многих изделиях, от частей космических кораблей до удочек

• ракетно-космическая техника
• авиатехника (самолетостроение, вертолетостроение)
• судостроение (корабли, спортивное судостроение)
• автомобилестроение (спортивные автомобили, мотоциклы, тюнинг и отделка)
• наука и исследования
• спортивный инвентарь (велосипеды,роликовые коньки, удочки)
• медицинская техника
• рыболовные снасти (удилища)
• телефоно- и ноутбукостроение (отделка корпусов)

Wikimedia Foundation. 2010.

Карбон. ч1. обзор материалов. — DRIVE2

КАРБОН
Carbon fiber (CF, углеродные волокна) — материал из тонких нитей (5-15 микрон в диаметре). Несколько тысяч углеродных волокон скручены вместе образуя нити, из которых, собственно, плетут ткань. Способы плетения влияют на некоторые физические свойства ткани.

Такая ткань обладает хорошей гибкостью, высокой прочностью на разрыв, малым весом, высокой устойчивостью к температуре.

Углеткань

Однако, при тюнинге автомобилей например, под словом КАРБОН подразумевают не само волокно или ткань — а некий композит. В основном это углеродное волокно армированное пластиком: carbon-fiber-reinforced plastic (CFRP или CRP) — углепластик. В качестве армированного пластика (полимера) выступает эпоксидная смола + отвердитель (но также может быть полиэстер, нейлон, виниловый эфир и др.).

CFRP

Углепластики обладают высокой прочностью, жесткостью, но очень хрупкие.

Еще один композит углеродных волокон — (углеродистое) графитовое волокно. По англ.: graphite-(fiber)-reinforced polymer (GFRP), но чаще просто graphite fiber, так как маркировка GFRP конфликтует с другим материалом glass-(fiber)-reinforced polymer (Стекловолокно армированное полимером). Данный композит отличается хорошей устойчивостью к температурам.

Для достижения некоторых физических свойств материала углеволокно композиционируют также с кевларом, алюминием, стекловолокном и др.

КЕВЛАР
Kevlar — синтетическое волокно высокой механической и термической прочности, арамид. В 5-10 раз прочнее карбона, но имеет более ощутимые недостатки перед карбоном — теряет свои свойства под действием температуры и влаги, служит не более 5 лет. Изначально использовался в военной промышленности — каски, бронижелеты и т.д. Нам интересен в связке КАРБОН+КЕВЛАР.

Чистый кевлар

Плетение кевлар + карбон (50 на 50)

также множество других цветов:

Плетение кевлар + карбон

Плетение кевлар + карбон

Вариации цветов и рисунки плетения можно погуглить на «colored carbon fiber»
compositeenvisions. com/

СТЕКЛОВОЛОКНО
Glass fiber — волокно из стекла. Имеет примерно сопоставимые свойства с карбоном — не обладает такой прочностью и жесткостью, но зато менее ломкий и значительно дешевле. Альтернатива карбону в качестве легкого жесткого материала но не по внешнему виду.

Стеклоткань

Стеклоткань

САМОКЛЕЮЩАЯСЯ ПЛЕНКА ПОД КАРБОН
винил, поливинил хлорид, ПВХ, PVC, латекс — пластичная пластмасса. По своим свойствам и рядом не стоит со всеми вышеописанными материалами, но тем не менее имеет свои плюсы — легок в применении, внешне практически полностью повторяет карбон.
Некоторые производители обещают срок службы более 10 лет.
Вариант — пленка 3M DI-NOC

Цветовые решения пленки

Мышь, обклеенная пленкой под карбон

P.S. в дальнейшем напишу детальнее про сам карбон (плетения, композиты, нагрузки) и его ценообразование. Также про его использование в автотюнинге — где есть смысл, а где лучше и проще обойтись пленкой или стекловолокном.

Карбон — характеристики углеполотна

Полотно определяет не только внешний вид получившегося карбона, но и его прочностные и технологические характеристики. От плетения и плотности углеполотна зависит и то, как легко и качественно можно выложить его в форме при заливке смолой.

Для получения оптимальной прочности, плотности и жесткости зачастую требуется послойное сочетание разных типов углеполотна. Чтобы лучше понимать эксплуатационные характеристики каждого вида плетения, попробуем пояснить, какими бывают самые популярные виды плетения полотна.

Виды плетений полотна

	Полотно (Plane Weave, P) – cамый плотный вид плетения карбонового волокна, самый распространенный. Нити утка и основы переплетаются поочередно 1Х1.  Высокая плотность позволяет избежать искажений фактуры, но в то же время такое плетение делает полотно менее пластичным и затрудняет выкладывание полотна в форму, требуя определенных навыков.
	Елочка (Twill, T) – саржевое плетение 2Х2, наиболее универсальное и распространенное полотно, используемое для тюнинга автомобилей. Нити утка и основы переплетаются через две нити. Этот тип ткани следует четкой диагональной схеме. Это делает ткань более гибкой и рыхлой. Такое плетение прочнее, чем 1Х1, вопреки расхожему мнению. Тоже очень распространенный, универсальный тип плетения. Подходит для приобретения навыков работы с углеполотном. Ткань рыхлая и пластичная, с изотропией свойств, что позволяет легко подтянуть ее в нужном направлении. Однако это означает, что такое плетение нужно обрабатывать более осторожно, чем простое 1 × 1 плетение, так как легко получить просветы и искажение фактуры.
	Разновидность елочки, которая используется весьма редко. Очень пластичная структура для нестандартных решений.
	Сатин (Satin WEAVE, R) – наименее плотное и самое пластичное полотно. Рыхлость полотну придают особенности плетения: каждая нить утка и основы проходит над несколькими нитями утка или основы. При работе с этим типом полотна необходим определенный уровень навыков.
	Реже используется корзинное плетение – Leno, Basket Weave. Красивая фактура, но такое полотно сложно выложить без искажений рисунка.

 

Схематически виды плетения карбонового полотна представлены на рисунке.

 

 

 

 

 

 

 

Правила выбора углеполотна

Выбор текстиля определяется назначением, способом использования углеволокна и способом получения углепластика. Его основными характеристиками являются:

1. Плотность, масса на единицу площади г/м.кв,
2. Линейная плотность, количество нитей на 1 см² в каждом направлении,
3. Число К, количество тысяч элементарных нитей углерода (цепочек) в одной нити. Наиболее распространено волокно с К3. Обычно К=6-12-24-48.

Для автотюнинга чаще всего используются полотна плотностью 150-600 г/м.куб с толщиной волокон 1-12К. А для велосипедных рам К3.

Большинство деталей и аксессуаров из углеродного волокна изготавливаются с использованием плетений “полотно” и “елочка”. Другие типы плетения предназначены для особых запросов и назначений.

Стоит сказать еще об однонаправленном виде плетения – это когда волокна вытянуты в одном направлении (Unidirectional Carbon Weave) Этот вид переплетения скрепляется только случайными нитями из углерода или полиэстера, проходящими через волокна под углом 90 градусов. Этот вид углеродного волокна лучше всего использовать там, где силы прилагаются в одном направлении и требуется анизотропия свойств, например, в стрельбе из лука и стрелы.

Обратите внимание при выборе необходимых вам параметров на единицы измерения на китайских сайтах – это не метрическая система!

Технические характеристики карбоновых волокон

Для углеродных волокон основными механическими характеристиками являются предел прочности на растяжение σ_в и предел прочности на единицу объема, а также модуль упругости, определяющий эластичность и способность работать на изгиб. Механические свойства сильно зависят от ориентации волокон, то есть они анизотропны, хотя в плетении Pane и Twill эффект анизотропии свойств проявляется меньше. Технические характеристики, как правило, приводятся для продольного направления.

Углеродные волокна обладают следующими механическими характеристиками по сравнению с армирующими металлическими, стекловолокном и полимерными волокнами.

Волокно (проволока)	ρ, кг/ м³	Тпл, °C	σB, МПа	σB/ρ, МПа/кг*м-3
Алюминий	2 687	660	620	2 300
Асбест	2 493	1 521	1 380	5 500
Бериллий	1 856	1 284	1 310	7 100
Карбид бериллия	2 438	2 093	1 030	4 200
Углерод	1 413	3 700	2 760	157
Стекло E	2 548	1 316	3 450	136
Стекло S	2 493	1 650	4 820	194
Графит	1 496	3 650	2 760	184
Молибден	0 166	2 610	1 380	14
Полиамид	1 136	249	827	73
Полиэфир	1 385	248	689	49
Сталь	7 811	1 621	4 130	53
Титан	4 709	1 668	1 930	41
Вольфрам	19 252	3 410	4 270	22

Например, параметры углеродных волокон Toray из полиакрилата (PAN) c высокой прочностью на растяжение High Modulus Carbon Fiber.  

Волокно (fiber)	Модуль упругости (msi)	Предел прочности (ksi)
M35J	50	683
M40J	57	398
M40J	55	640
M46J	63	611
M50J	69	597
M55J	78	583
M60J	85	569

Существует взаимосвязь — чем выше предел прочности, тем ниже модуль упругости.  

Что влияет на технические характеристики карбоновых композитов

При подборе материала очень важно найти оптимальный баланс между этими характеристиками, подбирая слои, направление волокна, метод плетения и плотность.

Механические свойства композитов определяются следующими параметрами:

• Тип карбонового волокна и смолы,
• Тип плетения, ориентация волокон, 
• Соотношение волокон (т.е. плотность полотна) и смолы в композиции,
• Плотность, однородность, пористость и пр.

Ну и не забываем про опыт и навыки работы с композитами.

Ирина Химич

При копировании материалов не забывайте, что у каждого текста есть автор. Поэтому при добавлении материала на свой сайт не забывайте ставить индексируемую ссылку на первоисточник!!!

это… Карбон: описание, сфера применения, особенности и отзывы

Передовые технологии на сегодняшний день регулярно вносят в нашу жизнь множество различных новинок, способных значительно упростить ее или же повысить ее качество. В особенности это касается создания новейших разработок химической промышленности, продукты которой находят свое применение практически в каждой отрасли человеческой деятельности. Одним из таких ноу-хау сейчас является материал карбон. О нем мы и поговорим максимально подробно в статье.

Определение

Карбон — это по своей сути углепластик, то есть композиционный, имеющий иного слоев материал. Проще говоря, углеродные волокна в виде полотна, оболочка которого, в свою очередь, выполнена из термореактивных, полимерных смол. Собственно, карбон — это сегодня почти все композитные материалы, несущая основа которых представлена в форме волокон углерода. Однако при этом связующими элементами могут быть разные вспомогательные составляющие.

Стоимость

Карбон- это очень дорогостоящий конечный продукт, стоимость которого определена внушительной долей ручного труда и сложным в целом техническим процессом. Чтобы понять, насколько дорог карбон, сравним его себестоимость со сталью. Так, если один килограмм стали обойдется производителю примерно в 1 доллар, то такой же вес карбона в 20 раз дороже. Снизить же себестоимость углепластика можно лишь путем внедрения полной автоматизации процесса его создания.

Сфера применения

Изначально карбон — это материал, который создавался для космических аппаратов и автомобилестроения. Однако со временем благодаря своим уникальным эксплуатационным показателям (малый удельный вес, высокая прочность) он нашел применение и в других сферах таких, как:

— Самолетостроение.

— Изготовление разнообразного спортивного инвентаря, удочек для рыбной ловли, шлемов.

— Производство медицинской техники и прочее.

Особые свойства

Изучая, что такое карбон отметим его основные позитивные качества. Изделия из этого материала можно формовать практически в любой конфигурации. А все потому, что углеродное полотно обладает очень высокой гибкостью, обеспечивающей, в свою очередь, оптимальный раскрой и резку. При этом следует обязательно пропитать готовый продукт эпоксидной смолой. Полученные таким образом изделия можно без проблем шлифовать, полировать, красить и даже наносить на них флексопечать.

Отличительные особенности

Продолжая рассматривать, что такое карбон (karbon) укажем его уникальные характеристики. Для всех видов этого углепластика общим является применение армирующего элемента — углеродных волокон, толщина которых находится в пределах 0,005-0,01 миллиметра, прекрасно работающих на растяжение, но не переносящие изгиб и кручение. Именно поэтому карбон- это материал, который эксплуатируют в виде полотна.Для дополнительного армирования очень часто используют каучук, который и придает углепластику серый оттенок.В целом же, карбон характеризуется износостойкостью, прочностью, жесткостью и малым удельным весом. Плотность его составляет от 1450 кг/м куб. до 2000 кг/м куб.

Тонкости технологии изготовления

Волокна из нитей углерода получают на воздухе в процессе термической обработки. То есть происходит окисление органических или полимерных нитей на протяжении суток при температуре 250 градусов Цельсия. Затем проводится карбонизация — нагревание полученных волокон в среде инертного газа в температурном диапазоне 800-1500 градусов для подготовки молекулярной структуры к оптимальной. Далее следует графитизация в этой же среде, но уже при температуре до 3000 градусов. Данный процесс может повториться несколько раз для повышения концентрации углерода до 99%.

Форма выпуска

Волокна карбона могут быть как короткими, резаными, так и в виде непрерывных нитей на бобинах. Но, как уже было сказано выше, карбон обладает плохой устойчивостью к изгибу, то углеродное волокно зачастую формируют в полотно,называемое Carbon Fabric. Причем получается оно в виде разнообразных плетений: елочка, рогожка и прочее. Бывает, что волокна просто перехватывают до заливки смолой довольно крупными стежками.Несущей основой чаще всего являются эпоксидные смолы, в которых послойно укладываются волокна карбона. Лист толщиной 1 миллиметр содержит в основном три-четыре таких слоя.

Достоинства

Карбон обладает целым спектром неоспоримых преимуществ, среди которых следует указать:

— Малый удельный вес. Даже алюминий тяжелее описываемого материала на 20%.

— Карбон, сочетающий в себе углерод и кевлар, лишь чуть-чуть тяжелее аналога с резиной, однако гораздо прочнее, а под воздействием ударной нагрузки лишь крошится, но не разлетается на мелкие частицы.

— Устойчив к высоким температурам. Карбон выдерживает до 2000 градусов Цельсия.- имеет хорошую теплоемкость и отлично гасит вибрацию.

— Устойчив к явлению коррозии.

— Имеет высокий предел упругости и предел прочности на разрыв.

— Обладает эстетичным внешним видом и декоративностью.

Недостатки

Вместе с тем карбон по сравнению с металлическими изделиями отличается таким негативными качествами:

— Высокой чувствительностью к точечным резким ударам.

— Сложностью реставрации при возникновении сколов, сломов и различных царапин.

— Выгоранием и выцветанием под воздействием ярких солнечных лучей. Именно поэтому все вещи из карбона специально покрывают лаком или же эмалью.

— Достаточно длительным производством изделий, требующим значительных затрат времени.

— Проблемами с утилизацией и повторным использованием. В зонах непосредственного контакта с металлом начинается его коррозия, поэтому в данных точках закрепляют специальные вставки из стекловолокна.

Мнение пользователей

В заключение отметим отзывы людей об описываемом в статье продукте промышленности. Итак, что такое карбон? Материал этот, как утверждают многие пользователи, очень хорош благодаря своей прочности, но при этом легкости. В особенности это оценили рыбаки, которые уже давно пользуются удочками, в основе многих из которых лежит именно карбон. Само собой, помимо этого, такие удочки еще хороши и тем, что они обладают большой долговечностью, ведь они еще характеризуются и повышенной износостойкостью.

Углепластик — это карбон — где используется

Май 24, 2019 Карбон автором Maxim

Карбон получают из углеродного волокна и используют, как армирующий наполнитель для производства различных высокопрочных композитных материалов.

Самое удивительное, что карбон или углепластик, делают из жидкости. Точнее, из жидкого полимера – полиакрилонитрила.

Изготовление карбонового волокна

Цех по изготовлению углеволокна — карбона

Для этого, из полиакрилонитрила, сначала получают полиакрилонитрильное волокно, которое получают, путем продавливания исходного полимера – полиакрилонитрила, через специальную фильеру с сотнями тончайших отверстий, диаметром около 50 микрон.

В горячей воде под давлением через крохотные отверстия фильеры, непрерывным потоком, «выходят» тонкие белые ниточки. Они и являются исходным сырьем для дальнейшего изготовления карбона.

Получение карбоновых тканей

После прохождения через несколько ванн со специальными растворами, полученные полиакрилонитриловые волокна становятся в несколько раз тоньше, а их молекулы выстраиваются так, что волокна становятся еще прочнее.

Виды углеродного волокна (ткани) — карбона

В дальнейшем полиакрилонитрильное волокно проходит многоэтапный процесс обработки, который изменяет внутреннюю структуру вещества на молекулярном уровне.

Это высокотемпературная обработка, окисление и «карбонизация» (насыщение углеродом) в инертной среде, в результате чего получается конечный продукт – материал карбон или углеродное волокно.

Саржевое переплетение углеродного полотна

Наиболее важное свойство карбона или углеволокна – это уникальное соотношение легкости а и исключительной прочности. Для придания большей прочности, карбоновые волокна переплетают между собой особым образом.

Используется разные углы направления плетения. Затем из готовой ткани изготавливают специальные высокопрочные карбоновые ткани. Они способны выдерживать неслыханные механические нагрузки.

Использование декоративных свойств карбона в автотюнинге

Наружное автомобильное зеркало — карбон под лаком

Благодаря выдающимся технико-эксплуатационным характеристикам и декоративным свойствам, карбон стал широко использоваться в автотюнинге, для отделки кузовных элементов автомобилей.

И если раньше, натуральный карбон можно было увидеть только на дорогих спортивных или представительского класса автомобилях, то сейчас уже продаются машины, в которых покрытие карбоном входит в базовую комплектацию.

Виды цветных карбоновых тканей

При этом, при покупке можно выбрать нужный цвет карбона или заказать понравившийся вид карбона, например, матовый карбон или карбон под лаком.

Заламинированные карбоновым полотном детали автомобиля

Эти детали ламинированы натуральным карбоном в нашей студии дизайна. Также можно изменить цвет в процессе ламинации, применить другой вид плетения нитей, другую ткань. Можно импровизировать на любой вкус.

Также существует возможность изготовить новые детали, такие как бампер, крылья и др. полностью из углеволокна. Альтернативой карбону будет аквапринт под карбон — также неплохой вариант и по бюджету — более доступный.

Другие метариалы на нашем сайте

Позвоните сейчас!

+7 (913) 674-48-70

Возможно вам будет интересно:

Углепластик: особенности и сфера применения

Углепластик представляет собой композитный материал, который выполнен на основе углеродного волокна. В зависимости от вида армирующего наполнителя, его формы и размеров, углепластики разделяют на углеволокниты, углетекстолиты и углепресволокниты.

Материал на основе непрерывных нитей и жгутов составляет группу углеволокнитов. В углетекстолитах в качестве армирующего наполнителя применяют тканые ленты разных текстурных форм. Углепресволокниты производят на основе дискретных волокон.

Особенности углепластика

Этот материал получил обширное распространение благодаря наличию целого ряда уникальных качеств.

К преимуществам углепластика относят:

• Высокий уровень прочности и жесткости.
• Низкую плотность.
• Химическую инертность.
• Хорошую тепло- и электропроводность.
• Высокий уровень усталостной прочности, радиационной стойкости и низкую ползучесть.
• Низкий коэффициент термического расширения.

Кроме того, уклепластик отличается хорошей технологичностью, благодаря которой можно перерабатывать этот материал в изделия при использовании обычного технологического оборудования.

При этом процесс производства из углепластика будет отличаться минимальными трудовыми и энергетическими затратами. А, так как углепластик легкий и прочный, на его основе можно производить детали с любым размером и любой конфигурацией. Поскольку материал имеет высокие аэродинамические характеристики, он может выдерживать критические температуры. А нити углерода настолько устойчивы к растяжению, что их можно сравнить со сталью по этому показателю.

Сфера применения

Углепластик имеет обширную сферу применения, поэтому материалы на его основе можно встретить в разных отраслях промышленности:

• В строительстве.

Углеродные ткани применяют для создания армирующего материала. Применение углеродной ткани и эпоксидного связующего позволяет осуществлять реконструкцию мостов, промышленных и жилых зданий в минимальные сроки и с маленькими трудозатратами.

• В авиации.

Углепластик применяют для создания композитных деталей, а так как он легкий и прочный, можно легко заменить ним алюминиевые сплавы. Готовые детали будут в пять раз легче алюминиевых, но у них будет более высокая прочность, гибкость и устойчивость к давлению.

• В автомобилестроении.

Применяется для производства не только отдельных, но и автомобильных корпусов. Высокая прочность и минимальный вес дают возможность создавать безопасные и очень экономичные машины.

Дата публикации: 23.01.2015

Похожие записи:

Углепластики — Энциклопедия по машиностроению XXL

Пластические массы представляют собой материалы на основе высокомолекулярных органических соединений, обладающие в определенной фазе своего производства пластичностью, позволяющей формовать изделия. Кроме основы, служащей связующим, многие пластмассы имеют так называемый наполнитель для повышения механических свойств, обычно 40…70 %, и небольшие добавки — пластификаторы, смазочные материал >1, красители. Наполнители позволяют сильно изменять свойства пластмасс, например стеклопластики и углепластики имеют даже прочность стали, а газонаполненные (азотом, воздухом) пластики обладают малой плотностью, низкой теплопровод-  [c. 37]
Для армированных материалов типа стеклопластиков, углепластиков и боропластиков важно определить по отдельности модули jii и Ц2 — сдвига в плоскости пластины и межслойного сдвига. Это можно сделать, испытав на кручение два плоских образца е различными отношениями 6/а.  [c.309]

В анизотропных телах положение осложняется в тех случаях, когда анизотропия криволинейна. Например, цилиндр, изготовленный из стеклопластика или углепластика путем намотки, ортотропен, но упругие свойства его обладают цилиндрической симметрией, в цилиндрических координатах модули упругости и коэффициенты температурного расширения постоянны. Но при переходе к декартовым координатам тензоры Ei и а будут уже не постоянными, а функциями координат Ха, поэтому даже равномерное температурное ноле вызовет напряжения. Эта задача легко решается методом, совершенно подобным тому, который был применен в 8.12 для трубы из изотропного материала. Присваивая радиальному направлению индекс единицы, мы запишем уравнение упругости в форме (10.6.4). Теперь уравнение для функции напряжений оказывается следующим  [c.385]

Величина т вообще неизвестна, и пути ее экспериментального определения неясны. Во всяком случае она меньше, чем сопротивление композита разрушению при сдвиге. Принимая т = = 2 кгс/мм , о = 240 кгс/мм (ориентировочные оценки для углепластика), получим при d = 10 мкм, Zo = 0,3 мм. При разрыве композита поверхность разрыва напоминает щетку, из разлома матрицы, как щетинки, торчат кончики оборванных волокон. Средняя длина этих вытянутых кончиков равна неэффективной длине волокна. Результаты таких измерений показывают, что величина неэффективной длины в сильной степени зависит от технологии изготовления композита, определяющей величину т в формуле (20.5.5), для композитов углерод — эпоксидная смола величина 1а может достигать 0,5—1 мм. При этой длине большая дисперсия прочности волокон приводит к снижению прочности пучка за счет коэффициента реализации к, определяемого формулой (20. 4.4), который не перекрывается увеличением средней прочности вследствие масштабного эффекта.  [c.699]

Характе- ристика Стеклопластик Углепластик Боропластик  [c.343]

Анизотропные композиционные материалы соответственно обладают и анизотропией вязкости. Углепластик обнаруживает вязкость вдоль и поперек волокон соответственно 2 и  [c.371]

Композиционные материалы по отношению к циклически изменяющимся напряжениям естественно обладают той же анизотропией, которая проявляется и при обычном нагружении. В тех случаях, когда усталостная трещина развивается поперек арматуры, композиты, как и следовало ожидать, проявляют высокое сопротивление усталости. Так, например, для углепластиков (Т- и 0,8о в.р. Но изучение усталостной выносливости композитов еще впереди.  [c.480]

Характеристики Стеклопластик Углепластик Боро пластик  [c. 291]

Среди современных конструкционных материалов важное место занимают материалы на основе углерода искусственные графиты различных марок, углепластики, углерод—углеродные композиты. Томограммы на рис. 23 й 24 иллюстрируют возможности- со-  [c.457]

Форма образца Стеклопластик, образованный системой двух нитей Углепластик, образованный системой трех нитей, с углеродной матрицей  [c.37]

Кручение пластинок с выемкой по торцовым поверхностям может осуществляться при поперечном сечении ее рабочей части, выполненной в форме круга, кольца и квадрата. Наиболее приемлемым с точки зрения характера распределения касательных напряжений является сечение в виде кольца. Но процесс его изготовления намного сложнее, чем изготовление квадратного сечения. Значительные трудности возникают при обработке боро-, органо-и углепластиков. Кроме того, в местах выемки и сверления по наружным поверхностям наблюдается повреждение структуры материала. Пределы прочности при сдвиге таких образцов для большинства исследованных композиционных материалов оказываются ниже, чем значения, полученные на образцах с рабочей частью в форме квадрата (табл. 2.10). Технология изготовления последних весьма проста, не требует специальных инструментов и приспособлений. Однако размеры поперечного сечения квадрата, как показывают исследования, оказывают заметное влияние на сдвиговую прочность.  [c.47]

СТ — стеклопластики, образованные соответственно системой двух и трех нитей УП — однонаправленный углепластик с поверхностной обработкой волокон.  [c.47]

При одинаковых значениях коэффициентов армирования в трех направлениях упругие свойства материалов во всех трех ортогональных плоскостях весьма близки, что иллюстрируют данные табл. 5.7, 5.8, полученные на различных типах материалов. В табл. 5.8 для сравнения включены также значения модуля упругости углепластика, определенные на образцах, имеющих случайные искривления волокон. Средний угол искривления волокон составлял 11°.  [c.151]

Зависимость характеристик термообработанных углепластиков от типа матрицы и обработки волокон  [c.183]

Совершенно иная картина наблюдается для углепластика с углеродной матрицей. Расчетные значения упругих постоянных плохо согласуются с опытными данными. Модуль упругости, рассчитанный по свойствам исходной арматуры п матрицы, оказывается существенно ниже экспериментальных значений. Для модуля сдвига имеет место противоположный результат — экспериментальные значения более чем в 2 раза ниже расчетных. Такое явление обусловлено тем, что в процессе создания углеродной матрицы происходит науглероживание  [c.185]

Углепластики типа Мод 3 при высоких температурах имеют хорошие механические характеристики, не уступающие характеристикам традиционных теплозащитных материалов из чистого графита, что следует из сопоставления характеристик углепластика типа Мод 3 с данными для поликристаллического графита  [c. 187]

Для древесины, стеклопластиков, углепластиков и боропластиков, т. е. практически для всех применяемых в практике ортотроп-ных материалов, значения даваемые формулой (10.6.9), действительны и, очевидно, положительны. Обозначим эти корни р  [c.344]

На рис. 20.7.3 приведена фотография разорванного образца из однонаправленного углепластика. Видно, что короткие поперечные разрывы разделяются длинными продольными трещинами и схема пучка, описанная в 20.4, может быть применена лишь с большой натяжкой. Таким образом, прочность однонаправленного композита даже при растяжении в значительной мере определяется сдвиговой прочностью матрицы и прочностью адгезии, которую в свою очередь можно характеризовать критическим коэффициентом интенсивности Кц с- Определение прочности матрицы на сдвиг обычно производят путем опыта на изгиб  [c.704]

Складывая Д и Д, находим, что первая, основная часть прогиба увеличивается пропорционально кубу длины, тогда как / . зависит от длины в первой степени. Отсюда следует, что, испытывая на изгиб балки разной длины, можно выделить величину Д и, следовательно, найти модуль межслойного сдвига ц. Фактически для стеклопластиков получить таким способом надежные результаты не удалось, мелкие экспериментальные ошибки неизбежным образом накладываются и вносят большую погрешность. Пока что, как нам представляется, единственный надежный способ определения ц состоит в испытании на кручение двух стержней прямоугольного сечения с разными отношениями сторон. Способ обработки, описанный в 9.12, позволяет определить по отдельности модуль сдвига в плоскости листа и модуль межслойного сдвига. Так, для однонаправленного углепластика было найдено, что модуль межслойного сдвига равняется 230 кгс/мм тогда как модуль сдвига в плоскости слоя 570 кгс/мм  [c.707]

Анизотропные композиционные материалы соответственно обладают и анизотропией вязкости. Углепластик обнаруживает вязкость вдоль и поперек волокон соответственно 2 и 105МН/м /. Причем поперечная вязкость своим высоким значением целиком обязана созданной структуре композита, поскольку углерод (графит), как самостоятельно взятый материал, имеет примерно столь же низкую вязкость, что и эпоксидная смола.  [c.316]

Рнс. и. Реитгенотомограммы композитов и многослойных конструкций а — одноосио-армированный стеклопластик б — перекрестно-армированный стеклопластик в текстолит г — углепластик [c.456]

Особенности структурных свойств композиционных материалов на основе углеродных и борных волокон с традиционными схемами армирования исследованы в работах [20, 25, 33, 59, 70]. Анализ и сопоставление полученных данных по угле- и боро-пластикам с аналогичными данными типичных стеклопластиков [39, 71] свидетельствуют о том, что использование высокомодульных волокон при традиционных схемах армирования способствует лишь резкому увеличению жесткости материала в направлениях армирования при этом заметного возрастания других упругих и прочностных характеристик не происходит. Главной отличительной особенностью высокомодульных композиционных материалов является большая по сравнению со стеклопластиками анизотропия упругих свойств [25]. Для углепластиков увеличение анизотропии упругих свойств обусловлено также анизотропией самих армирующих волокон. Существенных различий по прочностной анизотропии между стеклопластиками и высокомодульными материалами нет, но абсолютные значения межслойной сдвиговой прочности и прочности на отрыв в трансверсальном направлении однонаправленных и ортогонально-армированных углепластиков в 1,5—3 раза ниже аналогичных характеристик стеклопластиков.  [c.7]

Двукратное увеличение межслой-нон прочности при сдвиге эпоксифе-нольных углепластиков достигается травлением углеродных волокон концентрированном азотной кислотой в течение 30 мин [20]. Прочность при растяжении в трансверсальном направлении углепластиков вследствие обработки волокон в азотной кислоте возрастает в 1.6 раза. Некоторое улучшение этих характеристик в слоистых стеклопластиках достигается также за счет пспольчЗования волокон некруглого поперечного сечения — эллипсоидных, ромбовидных, треугольных и др. Изменение формы углеродных волокон не оказывает заметного влияния на механические свойства углепластиков. Указанный метод приводит лишь к некоторому улучшению трансверсальных и сдвиговых свойств композиционных материалов, но не решает проблемы. Вследствие слоистой структуры в материале сохраняются плоскости, через которые напряжения передаются низкомодульным и низкопрочным связующим, что не исключает опасности преждевременного их разрушения. Особенно это относится к материалам, воспринимающим в конструкциях сдвиговую и трансверсальную нагрузку в условиях повышенных температур.  [c.9]

Экспериментальные данные свидетельствуют о том, что при растяжении слоистых материалов с относительно невысокой степенью анизотропии упругих свойств, присущей ортогонально-армированным материалам, характер распределения деформаций по длине и толщине образца мало зависит от его формы (параметра /П1). Так, для стеклопластика. Г-4С с укладкой волокон 5 1 при нагружении в направлении большей степени ориентации волокон изменение значений Щ] в 1,7 раза практически не сказывается на относительном изменении деформаций нижней и верхней поверхностей («П = +1) рабочей части образца. Относительные показатели деформаций при т) = о образцов-лопаток незначительно выше, чем образцов-полосок. Примерно то же наблюдается в случае испытаний ортогонально-армированных углепластиков. Увеличение степени анизотропии упругих свойств способствует повышению чувствительности относительных деформаций к изменению формы образца. Это хорошо иллюстрируют данные, полученные при растяжении образцов из однонаправленных углепластиков в направлении волокон.  [c.33]

Форма образца Углепластик однонаправленный Боропластнк однонаправленный  [c.37]

Количественное изменение характеристик углепластиков с обуглерожен-ной матрицей определяется не только  [c.183]

Прочность при сдвиге углерод-углеродных материалов как высокотемпературных весьма высока и не отличается от прочности при сдвиге одно- направленных слоистых углепластиков, изготовле шых на основе полимерной матрицы с использованием необработанных волокон  [c. 186]

Свойства композиционных материал лов на основе вискернзованных волокон. Этот класс материалов был экспериментально изучен на угле- и стеклопластиках. Были исследованы материалы, изготовленные на основе ленты из углеродных волокон, стеклоткани сатинового переплетения, жгутов из стекло- и углеродных волокон. Арматурой для изготовления стеклопластиков служили непрерывные волокна из алюмоборосиликатного стекла, а также стеклоткань ТС-8/3-250, подвергавшаяся вискеризации нитевидными кристаллами двуокиси титана ТЮ2 и нитрида алюминия A1N. В качестве арматуры для углепластиков были использованы жгуты из углерод-  [c.207]

Модуль упругости и прочность композиционных материалов в направлении волокон практически не изменяются при использовании вискери-зованной арматуры вместо обычной. Для материалов, изготовленных методом прессования, препрегов, способ вискернзации волокон не оказывает заметного влияния на значения модулей межслойного сдвига. Этот вывод подтверждается сопоставлением экспериментальных значений межслойного модуля сдвига углепластиков, полученных на основе вискеризован-ных волокон из газовой фазы и из аэрозоля (см. 1 абл. 7.2).  [c.208]

Модули упругости и прочности в направлении основного армирования для углепластиков на основе волокон, вискеризованных из аэрозоля, существенно превышают значения аналогичных характеристик углепластиков на основе волокон, вискеризованных из газовой фазы, что является следствием значительного расхождения в механических свойствах используемой арматуры и ее содержании в композиционных материалах. Модули упругости углеродных волокон, применяемых для вискеризации из аэрозоля, достигают порядка 300 ГПа, прочность при растяжении —1500 МПа, модуль упругости волокон, используемых для вискеризации из газовой фазы, — 200 ГПа, прочность 1800 МПа.  [c.209]

---

Беговая дорожка домашняя CARBON FITNESS T510 SLIM

Carbon Fitness T510 SLIM – это хорошее сочетание компактности и функциональности. Система складывания позволяет сэкономить максимум пространства в помещении. В сложенном виде толщина составляет всего 24 см. Благодаря этому дорожку можно хранить под кроватью, на балконе или в кладовке. T510 SLIM поставляется в уже собранном виде и никакой инструментальной сборки не требует, ее просто нужно достать из коробки и подключить к розетке.

Несмотря на компактность, рабочий функционал T510 SLIM соответствуют всем общепринятым стандартам полноценной дорожки. А это значит, что на тренажере можно заниматься не только ходьбой, но и интенсивными беговыми тренировками. На T510 SLIM установлен двигатель американской компании Leeson мощностью 1,75 л.с. (при пиковых нагрузках – 3 л.с.), разгоняющий скорость до 14 км/ч и выдерживающий до 110 кг веса. Многослойное беговое полотно размером 122*43 см считается оптимальным для комфортных занятий. Амортизационная система представлена 6-ю цилиндрическими эластомерами Variable Cushion System™. Данный элемент также используется в профессиональных дорожках клубного уровня. Такая система обеспечивает средний уровень жесткости, который предпочитает большинство пользователей.

Консоль T510 SLIM представляет собой панель с черной акриловой поверхностью. Абсолютно все кнопки сенсорные. 4 буквенно-цифровых LED-дисплеев выводят следующие показатели: время, скорость, дистанция, калории, пульс. В памяти консоли содержится 18 программ, 15 из которых помогут пользователям начать тренировочный процесс в независимости от их уровня подготовки (ходьба, быстрая ходьба, средний бег, бег трусцой, снижение веса, темповая тренировка, разминочный бег, подготовка к марафону, сжигание жира, аэробный бег, развитие скорости, интервальные тренировки, развитие выносливости, легкий бег, фартлек). Также можно воспользоваться пульсозависимой программой. Для измерения пульса установлены сенсорные датчики и встроен высокоточный беспроводной приемник. Чтобы определить точные показатели пульса рекомендуется использовать телеметрический ремень-передатчик Polar T34. Жироанализатор Body Fat позволит получить максимально точный процент доли жира в организме. AUX разъем предназначен для подключения музыкальных устройств и прослушивания аудиофайлов на встроенных динамиках. Подставка под планшет или смартфон имеет специальный регулятор, необходимый для фиксации гаджетов различных размеров.

Комплектация	набор ключей для сборки, инструкция на русском языке
Страна изготовления	Производство — Германия, изготовлено — КНР
Встроенный вентилятор	Нет
Тип дисплея	4 буквенно-цифровых дисплеев с сенсорными кнопками управления
Уровень шума	малошумная
Размер упаковки	161*84*26 см.
Система амортизации	6 цилиндрических эластомеров VCS™
Компенсаторы высоты	Да
Возможность профессионального использования	Нет
Мультимедеа	воспроизведение аудио файлов, встроенные динамики
Измерение пульса	Да
Размер бегового полотна	122*43 см. — 1,8 мм, дека — 18 мм.
Источник питания	сеть 220 В.
Регулировка угла наклона	Нет
Вес	40 кг
Показания консоли	Скорость, Время, Дистанция, Калории, Пульс
Транспортировочные ролики	Да
Размер в сложенном виде	24*77*150 см.
Гарантия	12 месяцев
Складывание	Да
Тип управления	электронный
Количество программ	18 — ручной режим, 15 встроенных программ (ходьба, быстрая ходьба, средний бег, бег трусцой, снижение веса, темповая тренировка, разминочный бег, подготовка к марафону, сжигание жира, аэробный бег, развитие скорости, интервальные тренировки, развитие выно
Скорость	0,8-14 км/ч
Мощность двигателя	1. 75 л.с. Leeson (постоянный ток), пиковая 3 л.с.
Бренд	Carbon
Максимальный вес пользователя	110 кг
Размер в рабочем виде	150*77*125 см.
Рама	одинарная с однослойной покраской

как классическая трилогия Grand Theft Auto стала в России культовым и непонятым феноменом

О глобальном феномене Grand Theft Auto — популярности, скандальности и важности для игровой индустрии главной франшизы Rockstar — сказано достаточно слов. Сегодня, к выходу официальных ремастеров трех классических частей серии, мы вспомним о том, как эти игры приживались у нас, в России, где всегда были не до конца понятыми, но народно любимыми. Чтобы избежать логической ошибки выжившего и излишнего панибратства, заранее оговорим, что во многом будем опираться на личный опыт тех, кто застал эти игры в начале/середине нулевых. И если он покажется вам знакомым — добро пожаловать в клуб! А если нет — что ж, возможно, вам повезло больше, чем автору этой статьи.

---

Мало кто возьмется спорить с тем, что современную историю Grand Theft Auto стоит отсчитывать именно с так называемой (причем самими создателями) «Вселенной 3D», куда входят GTA 3, Vice City, San Andreas и еще несколько спин-оффов. Двухмерные части заслужили свое место в летописи индустрии и сердцах тех, кто застал их еще на рубеже веков. Но именно с полноценным переходом в третье измерение франшиза от Rockstar стала феноменом международного масштаба.

Технологии, постановка и проработка виртуального мира скакнули на новый уровень. Продажи стали исчисляться миллионами, а затем и десятками миллионов копий. К видеоигровой жестокости начали проявлять повышенное внимание сердобольные поборники морали и жадные до славы политики. А разработчики стали теми, кем мечтали себя видеть, когда давали своей студии столь громкое имя — настоящими рок-звездами.

^{Первые лица Rockstar редко появлялись на публике}

В России эпоха трехмерных GTA — начало и середина 00-х годов — совпала с повсеместным распространением персональных компьютеров, по привычке еще иногда именовавшихся аббревиатурой ЭВМ. Для контекста дадим краткую хронику того времени в духе передачи «Намедни».

На рабочих столах с выдвижной подставкой под клавиатуру — еще пузатые мониторы из желто-белого пластика и подставки для дисков. Windows XP — самая крутая и современная операционка. Гейминг в разрешении 800×600 — обыденность. Одноядерный Pentium 4 — предел мечтаний. На рынке видеокарт с первыми моделями GeForce из последних сил бодается линейка 3dfx Voodoo. В домах — жужжащие модемы, использующие телефонную сеть и интернет по карточкам. В ближайшем компьютерном магазине — пиратские диски с машинным переводом в дешевых пластиковых «джевелках». А для многих единственной возможностью приобщиться к играм на ПК остаются компьютерные клубы и интернет-кафе. Именно в таких заведениях многие наши соотечественники впервые познакомились со знаменитой серией симуляторов преступника в открытом мире.

^{Прости, но туда уже не вернуться}

Сейчас уже сложно восстановить во всех подробностях, как именно в глазах российских геймеров на заре XXI века выглядели трехмерные Grand Theft Auto. Но точно не так, как их видели разработчики. Конечно, это в любом случае была революция: что в технологиях, что в дизайне. Однако средний российский любитель видеоигровых развлечений тогда никак не мог оценить всего великолепия и многообразия деталей, которыми команда Rockstar кропотливо наполняла свои произведения.

Причин тому было несколько. И первая среди них — конечно же, языковой барьер. Феномен отечественных пиратских переводов игр вообще заслуживает не меньшего внимания исследователей культуры, чем эпоха видеосалонов с гнусавыми мастерами закадра. Но оставим подробное раскрытие этой темы для другой статьи или чьей-нибудь кандидатской диссертации, ограничившись рядом обязательных ремарок.

^{Объект SCP класса «Евклид»}

Официальные локализации игр 20 лет назад еще были в диковинку. Покупка же пиратской версии всегда представляла собой лотерею. Повезет — на диске окажется игра с более-менее вменяемым переводом. Не повезет — придется додумывать сценарий самостоятельно или вовсе любоваться на полную отсебятину или набор крокозябр вместо текста. И хорошо еще, если игра не будет при этом зависать или вылетать!

Альтернативы в виде оригинала для большинства геймеров, желающих быть хоть немного в курсе сюжета, обычно не существовало. Знанием английского языка на уровне, позволявшим считывать разговорную речь с кучей уличного слэнга и целой россыпью акцентов, тогда могли похвастать немногие. А к этому добавлялась еще и заглушаемая музыкой болтовня на радио, и диалоги в машине, и порой возникавший на экране пейджер с неумолимо бегущей строкой текста… Словом, попытки разобраться в драматических взаимоотношениях гангстеров и мафиози зачастую превращались в игру «сломанный телефон».

^{Пиратские переводы Vice City были очень разного качества}

Но помимо общего в отношении многих зарубежных произведений языкового, существовал еще и культурный барьер. Игры серии GTA — не смотри, что сделаны британцами — всегда были плотью от плоти именно американской массовой культуры. И речь не только про многочисленные отсылки к фильмам, играм и музыке, по количеству которых старые GTA все еще способны дать прикурить практически кому угодно. В период создания классической трилогии одной из главных задач для команды Rockstar было воссоздание определенной эпохи и среза американского общества. Холодный Нью-Йорк 00-х в GTA 3. Неоновый Майами 80-х в Vice City. Черное гетто 90-х в San Andreas. И хоть подавалось это все в неизменно сатирическом ключе, на воплощение этой концепции бросались отнюдь не шуточные ресурсы.

^{Либерти-Сити живет и дышит}

Свидетели разработки Grand Theft Auto 3 вспоминают, как глава студии Сэм Хаузер постоянно повторял как мантру одно слово: «Реализм! Реализм! Реализм!» Достигался он, как уже было сказано, в первую очередь за счет насыщения игрового мира огромным количеством деталей. А вдохновение авторы черпали из культовых произведений кинематографа и, конечно же, реальной жизни.

Художники, работавшие над GTA 3, во многом воссоздавали тот Нью-Йорк, что видели за окном. Разработчиков Vice City в обязательном порядке отправляли на закрытые показы «Лица со шрамом» и «Апокалипсиса сегодня». Сэм Хаузер лично подбирал для саундтрека наиболее соответствующие атмосфере песни и проверял, чтобы в игру включили строго подходящие эпохе модели машин. А его брат и сценарист Дэн часами слушал записи рекламных джинглов 80-х, чтобы сделать радиотрансляции в игре более правдоподобными. На озвучку главных действующих лиц приглашались голливудские звезды первой величины со своими устоявшимися киношными образами: от Денниса Хоппера до Сэмюэля Джексона. Отдельное внимание уделялась аутентичной внешности и репликам случайных прохожих. 

^{Надеемся, вы прихватили гавайскую рубашку}

«Мелочи!», — воскликнет кто-то. Но как раз из таких мелочей Rockstar и плела свои миры. В эфире пресловутого радио звучали не только шутки про Вьетнамскую войну, отборный стеб над бытовыми страхами американцев и пародии на анонсы кинобоевиков, но и, например, реклама существующего в игре оружейного магазина «Амму-нация», и даже интервью с персонажами вроде неудачливого рэппера Оу-Джи Лока из San Andreas. Для авторов и то, и другое было важным инструментом вордбилдинга. До нас же из всего этого массива транслируемой информации долетали лишь крупицы. Видимо, руководствуясь этим соображением, пираты в одной из версий Vice City полностью вырезали разговорное радио и заменили его на песни Верки Сердючки. И нет, это не шутка.

^{Группа Love Fist — яркая пародия на глэм-рокеров 80-х}

Вышедшей на ПК в 2002 году GTA 3 с переездом на российскую почву, пожалуй, повезло больше других. Во-первых, при ее создании Rockstar в первую очередь была озабочена переездом на трехмерные рельсы и прочими техническими проблемами. Сценарий и мир в третьей части проработаны наименее тщательно из всей трилогии. Немой (как выяснится позднее, в буквальном смысле) протагонист Клод, даже имя получивший лишь в сиквелах, едва ли тянул на полноценного персонажа, а его история продвижения по преступной иерархии не претендовала на глубину.

Во-вторых, уже в год релиза игре посчастливилось обзавестись официальной российской локализацией от студии «Бука». И хотя сегодня в этом переводе можно обнаружить массу косяков, по тогдашним меркам подход издателя впечатлял: на русский перевели не только субтитры, но и многие текстуры. К примеру, по улицам Либерти-Сити были разбросаны газеты с огромным кириллистическим заголовком «ВИДЕЛИ ЗОМБИ ЭЛВИСА!». В-третьих, восприятию игровой вселенной отчасти помогал тот факт, что все события разворачивались практически в современности, в 2001 году.

^{Нынче сложно поверить, но когда-то перевод текстур в GTA 3 впечатлял}

С куда более популярными Vice City и San Andreas ситуация обстояла сложнее. Объем сценария вырос, подход авторов к его написанию стал серьезнее, главные герои обзавелись репликами и полноценными характерами, игровые миры стали больше и обросли множеством тонких деталей. При этом первые официальные локализации игр в России появились лишь в 2009-2010 годах, когда те уже были пройдены вдоль и поперек и считались классикой. Соответственно, до этого игрались они исключительно в «пиратках». И в этом стоге иголок нашлась соломинка, переломившая хребет верблюду.

Тот самый, единственный и неповторимый ПОТРАЧЕННЫЙ ПЕРЕВОД, имя которого стоит писать только капсом.

«УГЛЕПЛАСТИК, ОХЛАДИТЕ ТРАХАНЬЕ».

«ХОЛМС, ЧУВАК, ТЫ ХОЛОДЕН, КАК ЛЕД».

«ВЫ ВЫБРАЛИ НЕПРАВИЛЬНЫЙ ДОМ, ДУРАКА».

И еще несметные горы выдающейся отсебятины, которую невозможно выкинуть из памяти. Пока западные журналисты рассыпались в комплиментах «новому драматическому измерению» в сюжете San Andreas, российские поклонники криминальных песочниц оказались заперты в лимбе между «СЛОМАНО» и «ПОТРАЧЕНО». Но разве это мешало нам получать удовольствие от игры? Да черта с два!

^{БОЛЬШОЙ ГОРОД, ЭТО Я! ХОЛОД! ХОЛОД!}

Трехмерные GTA стали в России поистине народно любимыми играми. Их с одинаковым удовольствием обсуждали на школьных переменках и игровых форумах, в курилках на работе и «аське». Счастливые обладатели компьютера с заветным диском наперебой пересказывали всем остальным самые яркие моменты, совершенно не стесняясь время от времени привирать. А между собой обменивались чит-кодами, модами, информацией о пасхалках и советами. Но как этим играм удалось приобрести столь культовый статус в стране, где их практически никто полностью не понимал? На этот вопрос можно найти несколько ответов.

^{Моды на белого Си-Джея по сегодняшним меркам считались бы вайтвошингом}

Первый — самый очевидный, универсальный и лежащий на поверхности: в них было безумно весело играть и без погружения в контекст. Для своего времени трилогия была крайне насыщенна разнообразными возможностями и механиками, но самые базовые из них были очень просты в освоении и совершенно не требовательны к игроку. Аркадная езда. Аркадная стрельба. И при этом — где мы еще раньше такое видели? — целый открытый трехмерный мир с морем контента на любой вкус. Хочешь — проходи челленджи на скоростные убийства, а хочешь — пассажиров на такси развози.

Возвращаясь к теме компьютерных клубов: GTA там, как правило, становилась развлечением «на посошок». Когда оплаченного времени на еще один забег в Counter-Strike или партию в Warcraft не оставалось, многие запускали ту же Vice City, опционально врубали читы и просто устраивали на улицах кровавый беспредел, набирая максимум звезд преследования. Какой там сеттинг, какой сюжет на фоне — дело десятое. Тем более, когда тут такая-то графика, такая-то физика! В общем, вполне рабочее и понятное объяснение. Но, пожалуй, что не исчерпывающее.

^{Испытания бойни — гарантированный способ быстро развлечься в Вайс-Сити}

Важную роль в популяризации GTA сыграла еще и беспрецедентная способность франшизы Rockstar генерировать вокруг себя народный фольклор в те годы, когда слово «мемы» было на устах лишь у ценителей Metal Gear Solid и Ричарда Докинза. А вместо соцсетей их разносило сарафанное радио. О треклятой миссии с радиоуправляемым вертолетиком из Vice City знают многие из тех, кто и к игре-то никогда не прикасался. А рассказы про скандальный мод Hot Coffee для San Andreas в свое время были способны поставить на уши весь двор: «Где это видано, где это слыхано — СЕКС В GTA!».

Историй и деталей, по которым можно было понять, что собеседник «в теме» и вовсе было масса. Немой Клод, зомби Элвис, развоз проституток, не умеющий плавать Томми Версетти, угон танка, группа Love Fist, исполинский заказ Биг Смоука в бургерной, миссия с поездом, летная школа, прыжок с одного самолета на другой, война за территорию, граффити огромный фаллоимитатор в качестве оружия, «УВАЖЕНИЕ+» за выполнение миссии… Да, из всей троицы San Andreas без сомнения стала самой меметичной. Особенно в России.

^{Починке не подлежит}

У нас вокруг GTA родился свой особенный пласт фольклора. И вы ведь уже поняли, к чему мы ведем? Да, играя в том самом печально известном переводе, мы многое упустили. Но, черт возьми, вот ведь нет худа без добра! Шутки про «ОХЛАЖДЕННОЕ ТРАХАНИЕ» стали в нашей стране не меньшим символом франшизы, чем ее заглавные мелодии или мозаичные обложки. Игру по ним узнают безошибочно даже далекие от дискурса люди. Влияние ПОТРАЧЕННОГО ПЕРЕВОДА оказалось столь велико, что авторы официальной локализации даже позаимствовали из него шрифты. А слово «ПОТРАЧЕНО» стало настолько эмблематичным, что прокралось на обложку русского перевода книжки, посвященной истории Rockstar.

^{Сидоджи, кажется, мы уже не в Лос-Сантосе}

А ведь кроме этого у нас были еще и многочисленные фанатские поделки а-ля «GTA: Криминальная Россия», которые порой продавались на дисках в тех же компьютерных магазинах. И как бы нелепо они порой не выглядели, это ведь тоже в своем роде проявление народной любви. Отчаянная, пусть бессознательная и, конечно, обреченная на провал попытка преодолеть пресловутый культурный барьер. Трилогия Grand Theft Auto прошлась по российской земле крутым, разухабистым маршрутом. Но именно он определил то, какими эти игры остались в нашем сознании. Не до конца понятыми. Но вместе с тем — такими родными.

Ростех: Композитные преимущества — AEX.RU

Композиты в свое время совершили настоящую революцию в авиастроении и продолжают развиваться. Сегодня самолеты уже больше, чем наполовину состоят не из металла. На новейшем МС-21 используется целое крыло, изготовленное из углепластика. Это нововведение не только для отечественной гражданской авиации, но и для среднемагистральных лайнеров во всем мире. Корпорация «Иркут» уже завершила постройку первого самолета МС-21-300, крыло которого изготовлено из полимерных композиционных материалов.

Композиты в свое время совершили настоящую революцию в авиастроении и продолжают развиваться. Сегодня самолеты уже больше, чем наполовину состоят не из металла. На новейшем МС-21 используется целое крыло, изготовленное из углепластика. Это нововведение не только для отечественной гражданской авиации, но и для среднемагистральных лайнеров во всем мире. Корпорация «Иркут» уже завершила постройку первого самолета МС-21-300, крыло которого изготовлено из полимерных композиционных материалов.

Рассказываем, из чего строят современные самолеты, как создают «черное крыло» и какие преимущества предоставляет лайнеру углепластик.

Композиты в небе

Композит – это материал, состоящий из двух или более компонентов, которые в сочетании друг с другом создают новый материал или улучшают характеристики одного из них. Таким образом, все композиционные материалы в своем составе имеют матрицу и жесткий армирующий наполнитель. Как правило, роль наполнителя играют углеродные или стеклянные волокна, а матрица – это полимерный материал. Такая конструкция позволяет создавать легкие, но очень прочные детали. Поэтому именно в авиастроении композиты стали особенно популярны – они увеличивают прочность авиационных деталей, снижают их вес и увеличивают антикоррозийную стойкость.

Применять композиционные материалы авиаконструкторы начали примерно с 1960-х годов. С того времени объем использования композитов в авиации неуклонно возрастает. Например, ровно половину веса самолета Boeing 787 Dreamliner составляют композиционные материалы, 20% – алюминий, около 15% – титан, 10% – сталь.

В конструкции российских лайнеров также используются композиты, причем давно. Еще в начале 1990-х в среднемагистральном Ту-204 из композитных материалов было сделано 25% деталей, в том числе вся механизация крыла, а также панели люков, полов и интерьера. В самолете Sukhoi Superjet 100 из композитных материалов выполнены закрылки, створки шасси, обтекатели и другие элементы. Рекордсменом среди отечественных лайнеров стал среднемагистральный МС-21 – на композиты приходится 40% массы. Кроме того, это первый российский самолет с крылом, полностью состоящим из композиционных материалов, а также первый в мире среди лайнеров такого класса.

 Долгое время было распространено мнение, что композиты выгодно использовать только на больших летательных аппаратах – широкофюзеляжных дальнемагистральных лайнерах. Не такие большие, хотя и более массовые узкофюзеляжные самолеты, получали лишь некоторые композитные детали, такие как элементы механизации крыла. В проекте МС-21 конструкторы корпорации «Иркут» продемонстрировали, что использование композитов для изготовления крыла среднемагистрального самолета выгодно по всем параметрам.

«Черное крыло» для российской авиации

При создании самолета конструкторы всегда стараются увеличить удлинение крыла – отношение размаха крыла к средней хорде крыла. Ведь, чем длиннее крыло, тем меньше сопротивление. Однако проблема в том, что удлинение крыла приводит к увеличению массы конструкции. Ведь алюминий – мягкий металл, и чтобы крыло из него вышло достаточно жестким и не прогибалось в полете, нужно существенно увеличить его толщину. Поэтому удлинение алюминиевого крыла на самолетах не превышало 8-9. Углепластик – более жесткий материал, поэтому крылья из него могут достигать удлинения 10-11, и даже выше. Для углепластикового крыла МС-21 удалось достичь этого показателя на уровне 11,5.

Композитное крыло, которое часто называют «черным крылом» из-за характерного цвета углепластика, считается главной особенностью МС-21. Оно позволяет новейшему российскому лайнеру расходовать на 8% меньше топлива по сравнению с существующими аналогами. Специалисты подсчитали, что за свою «жизнь» среднемагистральный самолет с «обычным» алюминиевым крылом тратит порядка 140 тыс. тонн горючего. Только за счет композитного крыла МС-21 сможет сэкономить более 11 тыс. тонн топлива. Плюс к этому преимуществу – увеличенная крейсерская скорость и высота полета.

Прочнее, легче и дешевле

Композиты считаются достаточно дорогим удовольствием – килограмм дюрали для самолета стоит в разы дешевле, чем килограмм углепластика. Несмотря на это, производство и применение композитов в авиастроении остается выгодным. При этом выбор правильной технологии изготовления композитов может даже снизить суммарную себестоимость лайнера.

На сегодняшний день известны два основных способа производства композитных элементов. Первый –– традиционный, автоклавный. В этом случае формируется своеобразный «сэндвич»: внутри – алюминиевые соты, сверху и снизу – сотни слоев углепластика, которые наносятся лазерным проектором слой за слоем. После выкладки этот «сэндвич» (препрег) проводит восемь часов в автоклаве, где превращается в прочную и легкую авиационную деталь.

Второй способ производства композитных элементов – инфузионная технология. Главное достоинство данного метода – возможность изготовлять за один технический передел весьма сложные конструкции, например, панель крыла. С препрегами такое не провернуть – конструкцию пришлось бы собирать из отдельных деталей, то есть потратить больше времени, а главное увеличить вес из-за использования крепежа. Кроме того, для инфузионной технологии не нужны автоклавы, которые особенно затратны для крупных деталей. Все эти преимущества делают производство «черного крыла» выгодным.

«АэроКомпозит-Ульяновск» – единственный в России завод по производству авиадеталей из композитов при помощи инфузионной технологии. Здесь данная технология впервые в мире применяется при изготовлении крупногабаритных конструкций – панелей кессона крыла. Именно на «АэроКомпозите» производят целиком «черное» крыло для МС-21. На предприятии проходит полный технологический цикл – из Ульяновска в Иркутск приходит уже готовая консоль крыла. Тем самым не нужно тратить время и затраты на сборку непосредственно на авиазаводе.

Корпорация «Иркут» уже завершила постройку первого самолета МС-21-300, крыло которого изготовлено из полимерных композиционных материалов российского производства. 30 ноября 2021 года самолет был переведен из цеха окончательной сборки Иркутского авиационного завода в летно-испытательное подразделение.  

Вклад композитных материалов в авиастроение сложно переоценить. В то же время, авиастроительная отрасль сыграла значительную роль в эволюции самих композитов. Стремление конструкторов сделать самолеты прочнее и легче, становится стимулом для создания все более легких и прочных материалов. Ими стали композиты и совершили своеобразную революцию в авиастроении и ракетно-космической области. Сегодняшнее применение композитов в этой сфере – лишь начало большого пути.

Углеродное волокно — обзор

6.1 Введение

Углеродные волокна являются лучшим выбором в промышленности благодаря их высокой прочности на разрыв, низкой плотности, хорошей теплопроводности и электропроводности, а также высокой термической и химической стабильности [1–4]. Углеродные волокна впервые были использованы Томасом Эдисоном. В 1897 году он запек хлопковые нити при высоких температурах, чтобы обугливать их в нить из чистого углеродного волокна для своих экспериментов с лампами накаливания [5]. Практическое использование углеродных волокон началось в 1960-х годах, когда в Rayon было разработано производство углеродных волокон с высокой механической прочностью и жесткостью.Впоследствии на основе исследований двух ученых были разработаны углеродные волокна с высокими механическими характеристиками: в начале 1960-х годов д-р Акио Шиндо из Японии разработал процесс предварительного окисления для увеличения доли углерода до более 55% за счет использования полиакрилонитрила (PAN) в качестве сырье. Он изготовил углеродные волокна из ПАН в лаборатории, которые показали модуль упругости более 140 ГПа, что примерно в 3 раза выше, чем у углеродных волокон на основе вискозы в то время [6]. В 1963 году доктор Уильям Ватт из Соединенного Королевства разработал процесс получения углеродного волокна с высокой потенциальной прочностью, поддерживая цепи PAN параллельно оси волокна за счет натяжения на ранних стадиях пиролиза [7]. Оба изобретения Шиндо и Ватта в конечном итоге привели к производству современных высокоэффективных углеродных волокон из PAN, а углеродные волокна на основе PAN до сих пор доминируют на мировом рынке.

В настоящее время самым крупным потребителем углеродных волокон является аэрокосмическая промышленность, поскольку углеродные волокна легче и прочнее своих металлических аналогов. Однако не все углеродные волокна достаточно прочные для аэрокосмической промышленности. Свойства и характеристики углеродных волокон сильно зависят от производственного процесса и исходных материалов-предшественников [8,9].Для разных прекурсоров требуются разные условия, но основные процессы схожи. Как правило, производство углеродного волокна требует обработки нагреванием и растяжением для получения высокопрочных изделий. Сначала проводят термореактивную обработку в диапазоне температур от 200 до 400 ° C на воздухе при растяжении, чтобы получить стабилизированное волокно, затем следует процесс карбонизации в диапазоне температур от 800 до 1500 ° C в бескислородных условиях для удаления примесей. и улучшить кристалличность углерода.Для дальнейшего улучшения характеристик углеродных волокон требуется процесс графитации для графитизации карбонизированных волокон при температуре до 3000 ° C. Во время этих процессов требуется растяжение, чтобы получить предпочтительный кристаллический ориентированный углерод [10,11].

В зависимости от условий производства полученные углеродные волокна могут быть кристаллическими, аморфными или частично кристаллическими. Кристаллическая область очень похожа на графит, где sp2-гибридизированные атомы углерода ковалентно связаны в сотовой решетке, образуя слой графена.В каждом слое графена sp2-гибридизированные орбитали перекрываются и делокализируют π электронов, подобно металлическим связям. Эти гибридизированные π -связи отвечают за высокую электрическую и теплопроводность углеродных волокон. Эти слои графена уложены параллельно друг другу посредством слабых ван-дер-ваальсовых связей. Однако трудно получить идеальный кристаллический углерод в углеродных волокнах, и основная единица в большинстве углеродных волокон — это пакет турбостратных слоев. Рисунок 6.1 показана типичная структура углеродных волокон, содержащих микродомены параллельных листов графена, дефектные и дисклинационные области. Эти домены могли скручиваться, складываться и соединяться друг с другом в углеродных волокнах [12].

Рисунок 6.1. Микродомены в углеродном волокне. A: область кожи; B: область ядра; В: дефект шпильки; D: клиновидная дисклинация. Воспроизведено с разрешения автора. (Ссылка [12].)

Copyright © 2013 Elsevier

На основании структуры волокна и степени ориентации кристаллитов, а также механических характеристик углеродные волокна были классифицированы по следующим группам: сверхвысокий модуль (UHM), высокопрочный. модуль упругости (HM), промежуточный модуль (IM), тип стандартного модуля упругости (HT) и тип с низким модулем упругости (LM) (Таблица 6.1) [13]. Углеродные волокна UHM и HM сильно графитизированы при температуре от 2000 до 3000 ° C и характеризуются высоким модулем упругости (> 350 ГПа). В некоторых обзорах и статьях они относятся к высокомодульным углеродным волокнам типа I. Углеродные волокна типа II называются высокопрочными волокнами, но с низким модулем упругости из-за более низкой температуры термообработки (∼1500–2000 ° C). Он включает углеродные волокна IM и HT, а прочность на разрыв углеродных волокон IM может быть более 3 ГПа с отношением прочности к модулю> 1 × 10-2.Тип III — это то, что люди называют изотропными углеродными волокнами, которые показывают случайную ориентацию кристаллитов и обладают модулем упругости ниже 100 ГПа. Основными преимуществами углеродных волокон типа III являются их низкая стоимость и большие объемы из-за низкой температуры термообработки, которые в основном используются для теплоизоляции, нагревательных элементов, фильтров, бетона и спортивных товаров [14].

Таблица 6.1. Классификация углеродных волокон

9004 9 ∼1500

Классы углеродных волокон	Модуль упругости при растяжении (ГПа)	Предел прочности (МПа)	Температура термообработки (° C)	Ориентация кристаллитов
Тип со сверхвысоким модулем упругости (UHM)	600 или выше	2500 или выше	> 2000	в основном параллельно оси волокна
Тип с высоким модулем упругости (HM)	350–600	2500 или выше	> 2000	в значительной степени параллельно оси волокна
Тип промежуточного модуля упругости (IM)	280–350	3500 или выше	∼1500–2000	В значительной степени параллельно оси волокна
Стандартный тип модуля упругости (HT)	200–280	2500 или выше	в основном параллельно оси волокна
Тип с низким модулем упругости (LM)	200 или ниже	3500 или ниже	<1000	Случайно

Углеродные волокна также могут быть классифицированы на основе их коммерческой доступности в углеродные волокна с высокими эксплуатационными характеристиками (HP), углеродные волокна общего назначения (GP) и волокна из активированного угля (ACF). Углеродные волокна GP обладают низкой прочностью на разрыв и низким модулем упругости, но при низкой стоимости, что в основном приписывается изотропным углеродным волокнам. Углеродные волокна HP характеризуются замечательной механической прочностью и модулем упругости, которые возникают из-за более высокого содержания в них графитового углерода и большей анизотропии, что в основном используется в полимерных композитах, армированных углеродными волокнами (CFRP), для авиационной промышленности. Эти углеродные волокна также используются в металлических матрицах (например, алюминии) для высокотемпературных аэрокосмических приложений, таких как Space Shuttle.ACF представляют собой углеродные волокна с большой удельной поверхностью и объемом микропор, в основном используемые в качестве адсорбентов, мембран для разделения и очистки и каталитических носителей [15–19]. ACF теперь привлекают больше внимания в энергетических материалах в качестве адсорбентов для водорода и CO ₂ . ACF показали значительно более высокое поглощение CO ₂ , чем хорошо известные адсорбирующие материалы, такие как MOF-5, цеолит и активированный уголь, из-за их нанопористой структуры и специфического сродства CO ₂ к поверхностям ACF [20].

До поклона осталось всего несколько компаний, включая Toray, Mitsubishi Chemical, Hexcel, Toho Tenax и Zoltek, SGL carbon, Cytec Engineered Materials и Nippon Graphite Fiber Corporation, которые преуспели в массовом производстве углеродных волокон благодаря многоступенчатому производству. процессы углеродных волокон. Среди этих компаний Toray в Японии является признанным мировым лидером в области производства углеродного волокна и крупнейшим производителем углеродного волокна на основе PAN.

Углеродные волокна на основе PAN можно разделить на небольшие жгуты и большие жгуты волокна.Небольшой жгут означает углеродные волокна с моноволокнами от 3 до 24 К, чаще всего обозначающие углеродные волокна с высокими эксплуатационными характеристиками, которые можно использовать для всех видов применения. Большие жгуты состоят из моноволокон от 48 до 320 K, которые в основном используются для менее требовательных приложений. Основные производители углеродных волокон на основе ПАН перечислены в Таблице 6. 2 в соответствии с их возможностями и торговыми марками.

Таблица 6.2. Мировой производитель углеродных волокон на основе ПАН [21]

Производитель	Торговая марка	Тип основных волокон	Производственные мощности в 2010 году (тонны)
Toray Группа	Torayca	Малые буксиры	20900
Toho Tenax Co.Ltd.	Tenax	Малые буксиры	13,500
Mitsubishi Rayon Co. Ltd	Pyrofil, Grafil	Малые буксиры	10,100
Formosa Plastics Group	Tairyfil	Малые буксиры	8750
Hexcel	HexTow	Малые буксиры	5800
Cytec Engineered Materials	Thornel	Малые буксиры	3000
Dalian Xingke Carbon Fiber Co. , Китай		Малые буксиры	760
Aksa Turkey	Aksaca	Малые буксиры	1500
ZOLTEK Group	Panex	большие буксиры	13,500
SGL Group Sigrafil	большие жгуты	6000

Углеродное волокно — обзор

2.1 Обычные прекурсоры PAN

Более 90% промышленных углеродных волокон производятся из прекурсоров полиакрилонитрила (PAN) [12,13].Основная причина такого широкого использования PAN заключается в том, что полимер PAN не плавится, но может растворяться в подходящих растворителях. Следовательно, из прекурсоров ПАН можно формовать из раствора тонкие волокна, которые можно термически переработать в труднообрабатываемые волокна, поскольку ПАН не плавится. Он претерпевает реакции сшивания и образования лестницы перед плавлением и приводит к образованию труднообрабатываемых волокон, которые могут быть дополнительно подвергнуты термообработке до температур в диапазоне 1000–1500 ° C для получения углеродных волокон [14].

Схематическая диаграмма процесса формования из раствора показана на рисунке 1. Сначала готовят раствор ПАН (15-25 мас.%), Используя диметилсульфоксид (ДМСО), диметилацетат (DMAc), диметилформамид (ДМФ), или другой подходящий растворитель. Раствор подвергают мокрому прядению в коагуляционной ванне, где растворитель диффундирует, оставляя после себя волокна ПАН. Из-за ограниченных вязкоупругих свойств (деформационное упрочнение), проявляемых растворами ПАН, мокрое прядение не может выполняться с высокой скоростью или с большой степенью вытяжки.Кроме того, растворителю необходимо дать возможность медленно диффундировать, чтобы предотвратить образование твердой корки, которая может привести к захвату растворителя, что в конечном итоге приводит к большим полостям и пустотам в волокне, что приводит к слабому волокну. В любом случае, диффузия растворителя оставляет после себя микропоры, которые необходимо разрушить при последующей вытяжке затвердевших волокон PAN.

РИСУНОК 1. Принципиальная схема обработки углеродного волокна на основе PAN.

Как показано на Рисунке 1, углеродное волокно на основе ПАН также можно разделить на три категории в зависимости от условий термообработки и их свойств: низкотемпературное термообработанное (300–1000 ° C) волокно типа 1 с низким модулем упругости и прочность, промежуточно-термообработанное (1000–2000 ° C) волокно типа 2 высокой прочности и высокотемпературное (2000–3000 ° C) графитированное волокно типа 3 с высоким модулем упругости.

Затем волокна подвергаются термоокислительной реакции на стадии, часто называемой «стабилизацией», чтобы сделать их трудноразрежимыми и удерживать их вместе таким образом, чтобы избежать обширной релаксации и разрыва цепи во время заключительной стадии карбонизации. Стабилизация обычно проводится на воздухе при температурах от 200 до 300 ° C и приводит к сшиванию и / или циклизации ПАН [15–18]. Циклизация представляет собой экзотермическую реакцию, во время которой боковые нитрильные группы реагируют друг с другом, превращая основную цепь ПАН в структуру лестничного типа, с которой трудно справиться. Механизмы реакции стабилизации зависят от условий эксперимента и типа используемого сополимера [19]. При нагревании ПАН могут происходить многочисленные реакции, многие из которых еще недостаточно изучены [20]. Некоторые исследования, такие как Burland и Parsons [21], показали, что первой стадией стабилизации является циклизация за счет реакции нитрильных групп, причем дегидрирование является значительным только при температуре выше 300 ° C. Другие, такие как Грасси и МакГучан [18], предположили, что реакции дегидрирования и циклизации протекают одновременно, причем первые происходят как внутри нециклизованной полимерной цепи, так и внутри конденсированных гетероциклических колец.

Реакции циклизации сильно экзотермичны и могут привести к неуправляемым реакциям. Таким образом, это поведение можно значительно снизить, если в полимерную цепь ввести сомономер, такой как метилакрилат (MA), винилацетат (VA) или итаконовая кислота (IA). Кроме того, энергия активации реакции циклизации для сополимера меньше, поэтому реакция циклизации начинается при более низкой температуре и завершается в более широком диапазоне в течение более длительного времени. Таким образом, количество сомономера в предшественнике влияет на скорость окислительной стабилизации [15,19] и, следовательно, на требования к приложенному натяжению [22].

На уровне молекулярной структуры в нескольких исследованиях обсуждалась стереоспецифичность реакции циклизации [23-25]. Утверждалось, что реакция циклизации должна происходить предпочтительно в изотактических последовательностях для образования лестничной структуры. Обычно было замечено, что реакции внутримолекулярной циклизации протекают при более низких температурах (175–230 ° C) в аморфной фазе полимера [12,26]. Кристаллические области действуют как «мосты» между аморфными областями, удерживая структуру вместе.При температуре выше 320 ° C происходит окисление и межмолекулярное сшивание, а реакции окислительного разложения происходят при температуре выше 380 ° C [12,26]. Как отмечалось ранее, ряд сополимерных композиций используется для облегчения реакций дегидрирования и образования лестницы. Этот процесс термохимического преобразования чрезвычайно сложен; Таким образом, составы предшественников и точные условия обработки остаются собственностью. Однако эта тема также стимулировала фундаментальные исследования, которые широко цитируются в этой главе.

Помимо химической структуры прекурсоров ПАН, условия обработки играют ключевую роль в превращении органических прекурсоров в углеродные волокна и их микроструктурных характеристиках. Например, молекулярная ориентация предшественника ПАН значительно влияет на свойства полимерных волокон, и ориентация должна поддерживаться в максимально возможной степени во время стабилизации, чтобы конечные свойства углеродных волокон были максимальными. Наконец, условия термообработки играют решающую роль в получении волокон с различным содержанием графита и текстурой.«Графитированные» углеродные волокна могут быть получены из предшественников мезофазного пека с использованием температур термообработки (HTT) 3000 ° C или выше, что дает высокий модуль упругости и высокую теплопроводность. При высокой прочности и промежуточном модуле для прекурсоров ПАН обычно используется диапазон HTT 1000–1500 ° C.

Типичная сканирующая электронная микрофотография (SEM) углеродного волокна T300 показана на рисунке 2. Интересно отметить, что волокна-предшественники и полученные углеродные волокна, полученные из предшественников PAN, обычно не круглые, а имеют форму «почки».Складки и зазубрины по длине волокон являются следствием диффузии растворителя во время мокрого прядения.

РИСУНОК 2. СЭМ-изображение типичного углеродного волокна Т300 на основе PAN.

Типичная широкоугольная дифрактограмма рентгеновских лучей для волокон T300 показана на рисунке 3. Результаты были получены на установке Rigaku-MSC с использованием длины волны рентгеновского излучения 1,5406Å (мишень из Cu, 45 кВ и 0,65 мА). . Интегрированное азимутальное распределение показано на Рисунке 3 (а), который указывает на двух-тета-пик, связанный с плоскостями слоя (002) при примерно 25.4 °. Это типично для «турбостратной» структуры, где межплоскостное расстояние составляет 0,344 нм, что значительно больше, чем 0,3354 нм, обнаруженное в кристаллическом графите. Кроме того, в реестре самолетов нет последовательности abab …, найденной в графите. Рисунок 3 (b) показывает азимутальное распределение плоскостей 002; полная ширина на половине максимальной высоты (FWHM) составляет почти 30 °, что типично для обычных углеродных волокон на основе PAN. Позже мы увидим, что в углеродных волокнах с высокой ориентацией и графитом это распределение может быть значительно уже.

РИСУНОК 3. Широкоугольная дифрактограмма рентгеновских лучей для типичного углеродного волокна на основе T300 PAN: (a) график двух тета, показывающий положительную интерференцию от плоскостей (002) и (004); и (b) азимутальное распределение плоскостей (002) с центром вдоль оси волокна (phi = 90 °).

Типичные механические свойства углеродных волокон на основе PAN перечислены в таблице 1. Крупнейшие производители углеродных волокон Toray (Япония) и Cytec (США) используют волокна такой классификации, как T300. Исторически сложилось так, что его прочность на разрыв (прочность на разрыв) составляла 300 тысяч фунтов на квадратный дюйм, что соответствует примерно 2. 1 ГПа. Благодаря усовершенствованиям прекурсора и технологического процесса марка T300 теперь обладает прочностью почти 3,7 ГПа. Модуль таких волокон обычно составляет 200–400 ГПа, тогда как деформация до разрушения составляет 1,5–2%.

ТАБЛИЦА 1. Свойства углеродных волокон на основе ПАН и пеков [1,43]

Классификация	Углеродное волокно	Модуль [ГПа]	Предел прочности [ГПа]	Удельное электрическое сопротивление [мкОм · м]	Теплопроводность [Вт / м · К]
Углеродное волокно на основе ПАН	T300	230	3.5	18,0	14
	T650	255	4,3	15,2	15
	T800	294	5,9	14	16
	M35 J	343	4,7	11	45
Углеродное волокно на основе пека	P25	160	1,56	12,1	36
	P30	207	1. 4	10,2	62
	P55	220	0,9	9,4	74
	P100	470	1,0	4,6	321
	K1100	565	3,1	1,1–1,3	900–1000

Другое механическое свойство, имеющее большое значение для структурных приложений, — это прочность волокон на сжатие, поскольку композитные конструкции могут подвергаться сжимающим нагрузкам во время фактического использования.Из-за ориентации микроволокон вдоль оси волокна углеродные волокна обычно демонстрируют гораздо более низкую прочность на сжатие, обычно менее примерно 2 ГПа. Также следует отметить, что складки и поверхностные дефекты, присутствующие в углеродных волокнах, приводят к тому, что прочность таких волокон намного ниже, чем теоретическая прочность графита в плоскости, которая прогнозируется на уровне почти 100 ГПа, но никогда не была достигнута.

Что касается транспортных свойств углеродных волокон на основе PAN, удельное электрическое сопротивление обычно составляет 16–20 мкОм-м, тогда как теплопроводность составляет около 10–20 Вт / м · К в зависимости от HTT, причем более высокие температуры приводят к более высокому электрическому сопротивлению. и теплопроводность.Однако следует отметить, что теплопроводность углеродных волокон на основе ПАН, по крайней мере, на порядок ниже, чем теплопроводность мезофазного пека (как будет обсуждаться в следующем основном разделе).

Что такое углеродное волокно? | Элемент 6 Композиты

Внутри каждой из этих категорий есть множество подкатегорий для дальнейшего уточнения. Например, различные типы переплетения углеродного волокна приводят к различным свойствам композитной детали как при изготовлении, так и в конечном продукте.Чтобы создать композитную деталь, углеродные волокна, которые жесткие при растяжении и сжатии, нуждаются в стабильной матрице, чтобы оставаться в ней и сохранять свою форму. Эпоксидная смола — это превосходный пластик с хорошими характеристиками сжатия и сдвига, который часто используется для формирования этой матрицы, при этом углеродные волокна обеспечивают армирование. Поскольку эпоксидная смола имеет низкую плотность, можно создать легкую, но очень прочную деталь. При изготовлении композитной детали можно использовать множество различных процессов, включая мокрую укладку, вакуумную упаковку, перенос смолы, согласованные инструменты, формование со вставкой, пултрузию и многие другие методы.Кроме того, выбор смолы позволяет адаптировать ее к конкретным свойствам. Несколько примеров выбора эпоксидной смолы могут включать более длительное или более короткое время отверждения, сверхвысокую стойкость, высокотемпературные составы, огнестойкость и повышенную вязкость разрушения с использованием добавок.

Прочность, жесткость и сравнение с другими материалами

Углеродное волокно чрезвычайно прочное. В инженерии типично измерять преимущество материала с точки зрения отношения прочности к весу и соотношения жесткости к весу, особенно при проектировании конструкций, где добавленный вес может привести к увеличению затрат на жизненный цикл или неудовлетворительным характеристикам. Жесткость материала измеряется его модулем упругости. Модуль упругости углеродного волокна обычно составляет 20 м / кв. Дюйм (138 ГПа), а его предел прочности при растяжении обычно составляет 500 тыс. Фунтов / кв. Дюйм (3,5 ГПа). Материалы из углеродного волокна с высокой жесткостью и прочностью также доступны благодаря специальным процессам термообработки с гораздо более высокими значениями. Сравните это с 2024-T3 Aluminium, который имеет модуль упругости всего 10 msi и предел прочности на разрыв 65 ksi, и 4130 Steel, который имеет модуль упругости 30 msi и предел прочности на растяжение 125 ksi.

В качестве примера, ламинат, армированный углеродным волокном с полотняным переплетением, имеет модуль упругости приблизительно 6 msi и объемную плотность приблизительно 83 фунта / фут ³ . Таким образом, жесткость к весу для этого материала составляет 107 футов. Для сравнения, плотность алюминия составляет 169 фунтов / фут ³ , что дает жесткость к весу 8,5 x 106 футов, а плотность стали 4130 составляет 489 фунтов / фут. ft ³ , что дает жесткость к весу 8,8 x 106 футов. Следовательно, даже основная панель из углеродного волокна с полотняным переплетением имеет отношение жесткости к весу на 18% больше, чем у алюминия и на 14% больше, чем у стали.Если учесть возможность индивидуальной жесткости панели из углеродного волокна за счет стратегического размещения ламината, а также потенциально значительное увеличение прочности и жесткости, которое возможно с помощью легких материалов сердцевины, очевидно ли, какое влияние современные композиты из углеродного волокна могут оказать на широкий спектр Приложения. Одним из примеров этого является конструкция балок с заданной жесткостью по ортогональным осям. Компания Element 6 Composites разработала запатентованные методы изготовления труб из углеродного волокна, обеспечивающие оптимальную жесткость по каждой оси изгиба с разницей в жесткости на порядок.Такие трубы похожи на двутавровые балки по своей устойчивости к изгибу, но сохраняют высокую жесткость на кручение, присущую трубе, а также простоту сборки.

Композиты, армированные углеродным волокном, обладают несколькими очень желательными характеристиками, которые можно использовать при разработке современных материалов и систем. Два наиболее распространенных применения углеродного волокна — это приложения, в которых желательны высокая прочность по отношению к массе и высокая жесткость по отношению к массе. К ним относятся аэрокосмическая промышленность, военные структуры, робототехника, ветряные турбины, производственное оборудование, спортивный инвентарь и многие другие.Высокая прочность может быть достигнута в сочетании с другими материалами. В некоторых приложениях также используется электрическая проводимость углеродного волокна, а также высокая теплопроводность в случае специального углеродного волокна. Наконец, в дополнение к основным механическим свойствам углеродное волокно создает уникальную и красивую поверхность.

Хотя углеродное волокно имеет много существенных преимуществ по сравнению с другими материалами, есть и компромиссы, с которыми нужно бороться. Во-первых, твердое углеродное волокно не будет подвергаться пластической деформации (т.е.е. уступая). Углеродное волокно под нагрузкой изгибается, но не остается в деформированном состоянии после снятия нагрузки. Вместо этого, как только предел прочности материала будет превышен, углеродное волокно выйдет из строя внезапно и катастрофически. В процессе проектирования очень важно, чтобы инженер понимал и учитывал это поведение, особенно с точки зрения расчетных факторов безопасности. Примером этого является конструкция деталей с участками локализованной концентрации напряжений (отверстия, острые углы и т. Д.).Важно учитывать направление волокна около отверстия для правильного распределения напряжений, потому что, в отличие от металлов, где локализованная текучесть около отверстия вызывает перераспределение напряжений, углеродное волокно почти всегда локально разрушается, образуя трещину. В таком случае деталь из углеродного волокна может иметь более высокую жесткость и даже более высокую прочность, чем сопоставимая металлическая деталь; однако наличие концентраций напряжений должно быть в центре внимания инженерного проектирования, иначе хорошо спроектированная деталь может выйти из строя преждевременно.

Композиты из углеродного волокна также значительно дороже традиционных материалов. Работа с углеродным волокном требует высокого уровня навыков и множества сложных процессов для производства высококачественных строительных материалов (например, твердых углеродных листов, многослойных ламинатов, труб и т. Д.). Для создания оптимизированных деталей и узлов по индивидуальному заказу требуется очень высокий уровень квалификации и специализированные инструменты и оборудование.

При разработке композитных деталей нельзя просто сравнивать свойства углеродного волокна и стали, алюминия или пластика, поскольку эти материалы в целом однородны (свойства одинаковы во всех точках детали) и имеют изотропные свойства во всем (свойства равны то же по всем осям).Для сравнения, в части из углеродного волокна прочность находится вдоль оси волокон, и, таким образом, свойства и ориентация волокна сильно влияют на механические свойства. Детали из углеродного волокна в целом не являются ни однородными, ни изотропными.

Отношение прочности к весу (а также отношение жесткости к весу) детали из углеродного волокна намного выше, чем у стали или неармированного пластика. Конкретные детали зависят от конструкции детали и области применения. Например, сэндвич с пенопластом имеет чрезвычайно высокое отношение прочности к весу при изгибе, но не обязательно при сжатии или раздавливании.Кроме того, нагрузки и граничные условия для любых компонентов уникальны для конструкции, в которой они находятся. Таким образом, невозможно обеспечить толщину плиты из углеродного волокна, которая могла бы напрямую заменить стальную плиту в данном применении, без тщательного рассмотрения всех конструктивных факторов. Это достигается посредством инженерного анализа и экспериментальной проверки.

Углеродное волокно

марок — Calfee Design

Существует много маркетинговых техно-болтовни, когда все различные компании поддерживают углеродное волокно.Идея состоит в том, чтобы попытаться убедить широкую публику в том, что они используют что-то особенное, с помощью технических терминов, которые не имеют большого значения. Настоящие различия довольно просты.

Почти все углеродное волокно производится из обычного промышленного волокна, называемого полиакрилонитриловым волокном, также известного как PAN. Большая часть волокна PAN используется для изготовления акрилового волокна. Он также используется для производства углеродного волокна в процессе пиролиза, что означает, что его нагревают до сверхвысоких температур, чтобы удалить все элементы, кроме углерода.На данный момент продается большая часть углеродного волокна, и его модуль упругости составляет 33 миллиона фунтов на квадратный дюйм (MSI). (Модуль упругости — это мера жесткости.) Это волокно 33 MSI, если рассмотреть его вблизи, выглядит как ствол красного дерева с корой с глубокими трещинами. При дальнейшей обработке «кора» удаляется, оставляя более гладкое круглое волокно меньшего диаметра. Больше этих волокон можно упаковать в меньшее пространство, благодаря чему оно будет иметь более высокую жесткость на площадь поперечного сечения. В результате появилось 42 волокна MSI, которое неофициально известно как волокно с промежуточным модулем упругости или IM-волокно. Преимущество состоит в том, что вы можете использовать меньше материала, чтобы получить ту же жесткость и, следовательно, более легкую структуру.

Дальнейшая обработка может дать волокна с еще более высокой жесткостью за счет уменьшения размеров и немного большей плотности волокон. Они довольно дорогие, хрупкие и используются экономно. Они известны как волокна с высоким модулем упругости и имеют диапазон от 55 MSI и выше. Многие компании называют волокна 33 и 42 MSI «High Modulus», потому что они не могут быть привлечены к ответственности за ложную рекламу, используя этот неофициальный термин.Чтобы понять настоящую марку углеродного волокна, необходимо знать модуль волокна.

Волокна скручиваются в пучки разных размеров, обозначенных тысячами (K) волокон. 1K, 3K, 6K, 12K, 24K, 50K и другие стандартные размеры пакетов. Эти волокна вплетены в ткань с различными узорами переплетения. Ткань 3К является наиболее распространенной. Различные типы волокон будут иметь одно и то же обозначение «K» для обозначения количества волокон в пучке. Эти числа описывают размер используемого жгута и имеют мало общего с качеством самого волокна.

Углеродное волокно часто продается предварительно пропитанным эпоксидной смолой и поэтому называется «pre-preg». Ткань может быть предварительно натянута, но большая часть препрега является однонаправленной, то есть ее разложили на бумажной основе. Его можно разложить по разной толщине, что обозначается номером GSM, который представляет собой просто граммы на квадратный метр. Это очень похоже на то, как стекловолокно описывается в унциях, например, в 12 унциях. ткань, которая весит 12 унций. за квадратный ярд. Два слоя по 6 унций. ткани равны одному слою в 12 унций.ткань. То же самое можно сказать и о углеродном пре-прег разного веса. Опять же, эти числа не имеют ничего общего с используемым волокном.

Конечно, есть более подробное описание углеродного волокна, но выше описаны наиболее важные аспекты.

Как производится углеродное волокно?

Возможности изготовления из углеродного волокна безграничны. Он легкий, прочный и им легко придать любую форму. Универсальность углеродного волокна можно объяснить как тем, как оно сделано, так и из чего оно сделано.Давайте разберемся, как именно производится углеродное волокно, прежде чем использовать его для создания вашего следующего проекта.

Материалы

Основным компонентом углеродного волокна является (как вы уже догадались) углерод в сочетании с органическими полимерами. Углеродное волокно относительно ново для обрабатывающей промышленности, и на самом деле лишь несколько компаний специализируются на его производстве. Каждый производитель немного различается в своих формулах и хранит свою комбинацию как коммерческую тайну.

Однако в промышленности считается, что углеродное волокно обычно производится с использованием полиакрилонитрила (ПАН), искусственного шелка или нефтяного пека. Все эти материалы представляют собой органические полимеры, что означает, что они представляют собой длинные цепочки молекул, связанных вместе атомами углерода. Конкретные материалы, используемые для изготовления углеродных волокон, влияют на качество, сорт материала и могут создавать определенные эффекты.

Процесс

Около 90 процентов всех углеродных волокон производится путем переработки PAN.Мы сосредоточимся на этом материале, поскольку он, безусловно, самый распространенный. В процессе производства углеродного волокна PAN называют «предшественником» — сырьем, используемым для создания углеродных волокон.

• Стабилизация : Для начала необходимо химически обработать волокна, чтобы создать более термостойкую лестничную связь между молекулами. Волокна нагревают до температуры 390–590 ° F от получаса до полутора часов. Волокна улавливают молекулы кислорода из воздуха и меняют структуру их атомных связей.
• Карбонизация : после того, как материал стабилизируется, прекурсор вытягивают в длинные пряди и нагревают до 1830–5500 ° F, на этот раз полностью лишенного кислорода. Без кислорода сильное тепло не сожжет волокна, а заставит его атомы сильно вибрировать и вытеснить почти все неуглеродные атомы. Карбонизация оставляет длинные, плотно связанные цепи почти всего углерода.
• Обработка : В процессе карбонизации поверхность волокон плохо сцепляется с эпоксидными смолами и другими материалами, используемыми для изготовления композитного углеродного волокна.Чтобы исправить это, поверхность слегка окисляют. Этим достигаются две вещи. Во-первых, лучшие химические свойства связывания, а во-вторых, протравленная / шероховатая поверхность, которая лучше подходит для механического связывания. Хотя процесс окисления может осуществляться разными способами, его следует проводить осторожно, чтобы избежать мелких дефектов поверхности, которые могут привести к повреждению волокна.
• Калибровка : Заключительный этап производства углеродного волокна — это покрытие волокон таким образом, чтобы они не повредились во время наматывания или ткачества — это называется калибровкой. Материалы покрытия различаются и выбираются так, чтобы они были совместимы с клеем, используемым для образования композитных материалов. Некоторыми примерами материалов покрытия являются эпоксидная смола, полиэстер, нейлон, уретан и другие. Отсюда волокна скручиваются или сплетаются в веревки различных размеров.

Теперь, когда вы знаете немного больше о том, как производится углеродное волокно, давайте приступим к делу. Позвоните нам, чтобы узнать, как углеродное волокно может улучшить ваш следующий проект и потенциально сэкономить ваши деньги!

Углеродное волокно, армированное графеном, может привести к созданию доступных и более прочных материалов для автомобилей

UNIVERSITY PARK, Pa.По мнению группы исследователей, новый способ создания углеродных волокон, производство которых обычно является дорогостоящим, может однажды привести к использованию этих легких и высокопрочных материалов для повышения безопасности и снижения стоимости производства автомобилей. Используя сочетание компьютерного моделирования и лабораторных экспериментов, команда обнаружила, что добавление небольших количеств 2D-графена в производственный процесс снижает стоимость производства и укрепляет волокна.

На протяжении десятилетий углеродные волокна были основой производства самолетов.При правильном создании эти длинные нити углеродных атомов, более узкие, чем человеческий волос, становятся легкими, жесткими и прочными — идеальное применение для обеспечения безопасности пассажиров в транспортном средстве, парящем на много миль над землей.

«Даже несмотря на то, что углеродные волокна обладают действительно хорошими характеристиками, они сделают автомобиль намного дороже» с учетом того, как сейчас производятся углеродные волокна, — сказал Адри ван Дуин, профессор механической и химической инженерии Пенсильванского университета. «Если вы сможете упростить производство этих свойств, вы сможете значительно облегчить автомобили, снизить их стоимость и сделать их более безопасными. ”

Углеродное волокно

сегодня продается по цене около 15 долларов за фунт, и команда, в которую входят исследователи из Пенсильванского университета, Университета Вирджинии и Национальной лаборатории Ок-Ридж, в сотрудничестве с отраслевыми партнерами Солвей и Ошкош, хочет снизить эту цену до 5 долларов за фунт на внесение изменений в сложный производственный процесс. Более низкая стоимость производства увеличит потенциальные возможности применения углеродного волокна, в том числе в автомобилях. Кроме того, исследование команды может снизить стоимость производства других типов углеродных волокон, некоторые из которых сегодня продаются по цене до 900 долларов за фунт.

«В настоящее время большинство углеродных волокон производится из полимера, известного как полиакрилонитрил, или PAN, и это довольно дорого», — сказала Малгожата Ковалик, исследователь из Департамента машиностроения штата Пенсильвания. «Стоимость PAN составляет около 50% от стоимости производства углеродных волокон».

PAN используется для создания 90% углеродных волокон, имеющихся сегодня на рынке, но для его производства требуется огромное количество энергии. Во-первых, волокна ПАН необходимо нагреть до 200-300 градусов Цельсия, чтобы они окислились.Затем их нужно нагреть до 1200–1600 градусов Цельсия, чтобы атомы превратились в углерод. Наконец, их нужно нагреть до 2100 градусов Цельсия, чтобы молекулы выровнялись должным образом. Без этой серии шагов полученный материал не обладал бы необходимой прочностью и жесткостью.

Удержание цены углеродного волокна в массовом применении | Новости пластмасс

Углеродное волокно производится путем энергоемкого процесса карбонизации. Промышленные аналитические центры пытаются найти более дешевые альтернативы волокнам на основе PAN.В Европе партнерство между правительством и промышленностью, начатое прошлой осенью под названием NewsPEc, работает над использованием полиэтилена в качестве прекурсора.

В JEC Americas два представителя Automobili Lamborghini SpA объяснили свои усилия. Итальянский производитель роскошных автомобилей имеет долгую историю создания автомобильных композитов, начиная с прототипа композитного монокока в 1983 году, — сказал Лучано Де Ото, руководитель подразделения Advanced Composites. По его словам, в будущем Lamborghini почти полностью заменит методы pre-preg своими собственными передовыми технологиями, такими как кованые композиты, термопластичные композиты и нанокомпозиты.

Lamborghini принимает активное участие в NewsPEc, консорциуме 13 компаний-партнеров из семи стран Европейского Союза. Углеродное волокно — самый легкий материал, доступный для автомобилей, даже легче алюминия, но его сдерживают расходы, — сказал Марко Де Лука, руководитель проекта Центра перспективных исследований композитов при автомобилестроении. Он также возглавляет программы по аэродинамике гоночных автомобилей.

«Высокопрочная сталь достигнет зрелости через 15 лет. Алюминий растет, но углеродное волокно имеет большой потенциал роста », — сказал Де Лука в своем выступлении на мероприятии JEC America Automotive Circle 14 мая.

Цель NewsPEc — снизить зависимость от пластмасс на нефтяной основе. Группа заявляет, что предшественники полиэтилена могут быть получены из биополимеров этанола, синтетических полимеров на масляной основе и переработанных пластиков.

По словам Де Лука, углеродное волокно на основе PE

может снизить цену на 30 процентов по сравнению с PAN. Это включает в себя меньшую энергию, необходимую для производства волокна, сказал он.

Цель — создание пилотного завода в Германии. Консорциум изучает автомобильные детали, такие как структурные компоненты, панели кузова, внутренние части, а также тормозные диски и колодки.Другими целевыми областями являются аэрокосмическая промышленность, ветряные турбины и трубопроводы, а также сосуды под давлением для нефти и газа.

В 2016 году Lamborghini надеется построить монокок шасси из волокон на основе полиэтилена, а годом позже — панели кузова. Они пройдут тестирование.

В США Национальная лаборатория Ок-Ридж возглавила разработку, направленную на снижение стоимости углеродных волокон. ORNL производит углеродные волокна на предприятии Carbon Fiber Technology в Ок-Ридже, штат Теннеси.

ORNL продолжает изучать лигнин, полученный из древесины, — сказал Клифф Эберле, менеджер по развитию технологий группы Carbon and Composites.Лигнин может широко варьироваться в зависимости от вида деревьев, климата и сезона, поэтому исследователи ищут лигнин с определенной молекулярной структурой.

«Мы все еще работаем над созданием структурных свойств. Насколько нам известно, никому не удалось сделать качественное структурное волокно из лигнина », — сказал Эберле.

ORNL также рассмотрел варианты PAN. Они также изучали полиолефины, работая с Dow.

Эберле сказал, что официальные лица Ок-Ридж считают углеродное волокно важной проблемой национальной безопасности, а легкие автомобили — центральной частью.«Наша самая большая цель — широкое применение в основных транспортных средствах, что существенно снизит потребление бензина», — сказал он.

«Причина, по которой мы работаем с углеродными волокнами, — это изменить энергетические уравнения страны», — сказал он.

Новая технология сокращает время цикла

Относительно медленное производство — другая часть препятствий для углеродного волокна, а также для традиционных композитов, армированных стекловолокном. По словам представителей отрасли, чтобы попасть в производство крупносерийных автомобилей, композитные материалы должны перейти от ручного ремесла к более автоматизированному массовому производству.

Мазумдар, исследователь рынка Lucintel, сказал, что время цикла производства композитных деталей сейчас приближается к одной-двум минутам. Раньше это был час или больше.

«Они хорошо продвигаются», — сказал он.

Компания Plasan, базирующаяся в Беннингтоне, штат Вирджиния, разработала процесс формования с быстрым отверждением, который намного быстрее, чем в традиционном автоклаве, в сотрудничестве с Globe Machine Co. из Такома, штат Вашингтон.

В электромобиле Chevy Spark корпус аккумуляторной батареи изготовлен из армированного стекловолокном препрега на основе сложного винилового эфира, изготовленного с использованием компьютеризированного шаблона компоновки, автоматической высечки и лазерного совмещения рисунков. Корпус был разработан Continental Structural Plastics Inc. в Трое, штат Мичиган, Cytec Industries Inc. из Вудленд-Парка, штат Нью-Джерси, и производителем аккумуляторов A123 Systems Inc. из Ливонии, штат Мичиган, после трех лет разработки с General Motors.

Корпус аккумуляторной батареи Spark получил награду автомобильного подразделения Общества инженеров по пластмассам прошлой осенью в категории электрических систем.

На выставке JEC Americas Глэйд Гюнтер из Cytec сказал, что General Motors изменила материал, чтобы использовать тканый армированный стекловолокном препрег для корпуса, важный компонент, поскольку литий-ионный аккумулятор находится рядом с задним бампером на маленьком автомобиле. в зоне крушения.Деталь также должна была пройти испытания на огнестойкость, испытания на падение, погружение в воду и испытания на вибрацию / удар.

«Это была очень срочная заявка в сжатые сроки. Первоначально они проектировали его для использования в качестве магниевой детали. «У них были всевозможные проблемы, пытаясь сделать эту сложную геометрию из магния», — сказал Гюнтер, специалист по развитию бизнеса в области промышленных материалов на заводе Cytec в Талсе, штат Оклахома.

По заявлению Cytec, отформованная под давлением деталь на 40 процентов легче металлического корпуса.

Cytec и Continental Structural Plastics значительно сократили время цикла. Cytec разработала систему быстрого отверждения на основе винилэфирной смолы, MTM 23, для формования корпусов аккумуляторных батарей под давлением. Этот материал позволяет Continental Structural Plastics формовать детали менее чем за 10 минут при температуре отверждения 150 ° по Фаренгейту, но Cytec заявила, что MTM 23 может быть быстро отвержден менее чем за три минуты.

Этот процесс использует автоматизацию для изготовления корпусов, включая компьютеризированный шаблон компоновки, автоматическую высечку и лазерное выравнивание шаблонов.

.