Карбон применение и свойства. Карбон свойства


что за материал, отличие от углепластика

Автомобилисты, для которых важен внешний вид транспортного средства, хорошо знают о средствах, применяемых при внешнем и внутреннем тюнинге. Одним из наиболее известных эффектных материалов, используемых при тюнинге, является карбон. Для того, чтобы материал оправдал возложенные на него ожидания по преображению авто, необходимо знать достоинства и недостатки, ведь карбон – это не только уникальное средство тюнинга, но и способ облегчить конструкцию авто, делая ее прочнее.

Особенности карбона

Название материала, «карбон», представляет собой упрощенное выражение, имеющее английское происхождение (сarbon fiber – «углеродное волокно»). Под данным словом могут подразумеваться самые различные материалы, обладающих сходными физико-химическими характеристиками. Однако, все показатели также позволяют отнести материал к группе пластмасс.

Общее вещество, позволяющее отнести карбон к данной группе — наполнитель из углеродного волокна, однако связующие вещества, применяемые в карбоне, будут отличаться. Так как строго установленной классификации материалов группы углепластика пока нет, к данной группе может быть также отнесена пленка из полиэтилена со впайкой угольных нитей.

Своим появлением в автомобильной сфере, в частности, при тюнинговых работах, карбон обязан началом использования на предприятиях оборонной промышленности, а затем достоинства материала были оценены в других сферах, включая спортивную нишу и автомобильный тюнинг.

Описание материала

Карбон представляет собой переплетенные в большом количестве нити из углерода, а крепление между огромным количеством нитей выполняется эпоксидной смолой. Чтобы обеспечить высочайшую прочность материала, нити должны быть уложены с соблюдением определенного угла. Таким образом, основная составляющая композитного материала — углеродная нить, которая не подлежит ломанию или разрыву. Применение современных технологий позволяет производить материал для тюнинга с самым разнообразным видом рисунка и рельефа.

Преимущества и недостатки

Прежде, чем использовать материал, следует узнать основные свойства и особенности работы и эксплуатации материала и предметов, обработанных карбоном.

Особое плетение обеспечивает материалу высокую прочность, и дает несомненное преимущество по сравнению с другими материалами, включая металл.

Карбон отличается легким весом – на 50% легче стали и на 20% легче алюминий.

Еще одним замечательным свойством является особая прочность на разрыв. Деталь, изготовленная с применением карбона, имеет улучшенные потребительские свойства. Данные показатели композита позволяют успешно внедрять его в автоспортивной сфере.

Материал является признанным средством обеспечения дополнительной безопасности пилотов спортивных машин, а также имеет влияние на улучшение спортивных результатов, так как вес спортивного средства оказывает огромное воздействие на обеспечение максимальной устойчивости болида.

Однако применение карбона имеет и свои недостатки. Прежде всего, речь идет о высокой стоимости композита, основанную на сложности применяемых в производстве уникальных технологий, а также на изначальной высокой стоимости исходных веществ: при склеивании между слоями карбона применяются дорогие смолы с повышенными качественными характеристиками.

Несмотря на прочность, карбону следует избегать точечные удары, а также значительных быстрых механических воздействий. Таким образом, повреждения можно получить даже при метком попадании небольшого камешка в часть автомобиля, содержащего карбоновый элемент.

Еще одна опасность, от которой стоит оградить поверхность карбона – солнечные лучи. Их воздействие губительно для внешнего вида изделий из данного материала. Если не предпринять мер по защите авто от прямого солнца, внешний вид будет испорчен в течение короткого промежутка времени.

Сферы применения карбона

Как уже говорилось, автомобилисты хорошо знают данный материал, благодаря использованию в тюнинговых работах. Высокая оценка практического применения способствовала резкому росту популярности материала. В настоящее время, актуален вопрос перехода от применения в тюнинге к использованию в серийном производстве автомобилей.

Основные характеристики, способствующие расширению сферы использования карбона, являются:

  • прочность и легкость материала;
  • наличие возможности нанесения декоративного рисунка, способствующего улучшению внешнего вида;
  • способность переливаться на свете, благодаря отражению лучей поверхностью многочисленных нитей;
  • эксклюзивность цвета и внешнего вида.

Данные способности оценены производителями автомобилей, а также организациями, работающими в автомобильной сфере. Применение карбона для рядовых пользователей означает продвинутые технологии и инновации компании, занимающейся автомобильными усовершенствованиями.

На видео о применении карбона

Следует отметить, что у карбона, относимого к углепластику, есть множество родственных материалов, входящих в ту же группу и обладающих схожими потребительскими характеристиками.

ru-act.com

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.

Виды плетений полотна

Полотно (Plane Weave, P) — cамый плотный и прочный вид плетения карбонового волокна, самый распространенный. Нити утка и основы переплетаются поочередно.  

 

 

 

 

Елочка (Twill, T) — саржевое плетение, наиболее универсальное полотно. Нити утка и основы переплетаются через две нити. 

 

 

 

Еще одна разновидность елочки

виды плетения углеполотна

 

 

 

 

Сатин (Satin WEAVE, R) — наименее плотное и самое пластичное полотно. Рыхлость полотну придают особенности плетения: каждая нить утка и основы проходит на несколькими нитями утка или основы.

 

 

Реже используется корзинное плетение — Leno, Basket Weave.

виды плетения карбона

 

 

 

 

Схематически виды плетения карбонового полотна представлены на рисунке.

карбон-виды плетения

 

 

 

 

 

 

 

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.

Технические характеристики карбоновых волокон

Для углеродных волокон основными механическими характеристиками являются предел прочности на растяжение σв 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. 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 (объем волокна) и смолы в композиции,
  • Плотность, однородность, пористость и пр.

Ирина Файдюк

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!!!

engitime.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

comments powered by HyperComments

Сделай мир карпфишинга немного ярче – поделись статьёй с друзьями!

Хотите получать все новости сайта на Ваш почтовый ящик? Подпишитесь на рассылку Carptoday прямо сейчас!

carptoday.ru

Карбон и его свойства - ПОДГРУППА УГЛЕРОДА - НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Часть II. НЕОРГАНИЧЕСКАЯ ХИМИЯ

Раздел 11. ПОДГРУППА КАРБОНА

§ 11.2. Карбон и его свойства

 

Распространение в природе. В природе карбон встречается в свободном состоянии в виде алмаза, графита и Карбіну, в соединениях

- в виде каменного и бурого угля и нефти. Входит в состав природных карбонатов: известняка, мрамора, мела СаСО3, магнезита МgСО3, доломита МgСО3 ∙ СаСО3. Является главной составной частью органических веществ. Содержание углерода в земной коре - 0,1 %. В воздухе содержится оксид карбона(ИV).

Физические свойства. Алотропічні модификации углерода - (алмаз, графит и карбин - имеют резко отличные физические свойства, что объясняется строением их кристаллических решеток.

Алмаз - бесцветное кристаллическое вещество с атомной решеткой. Атомы углерода в кристаллах алмаза находятся в состоянии 5р3-гибридизации (см. § 3.2). Они связаны крепкими ковалентними неполярными связями. Каждый атом углерода в алмазе окружен четырьмя другими, расположенными от него в направлениях от центра тетраэдра к его вершин (четыре σ - связи, рис. 11.1). Все это обусловливает исключительную твердость, значительную плотность (3,5 г/см3) и другие характерные свойства алмаза. Поэтому

Рис. 11.1. Кристаллическая решетка алмаза

его широко применяют для резки стекла, бурения горных пород и шлифовки особо твердых материалов. Алмаз плохо проводит теплоту и практически не проводит электрического тока. Образцы его в чистом виде сильно преломляющих свет (светятся). Поэтому из алмазов изготавливают украшения (бриллианты).

Крупные месторождения алмазов открыты в Якутии. Кроме того, с 1961 г. налажено их промышленное производство из графита.

Графит - темно-серое кристаллическое вещество со слабым металлическим блеском, жирная на ощупь. Атомы углерода в кристаллах графита находятся в состоянии sp -гибридизации (см. § 3.2). Они объединенные в плоские слои, состоящие из правильных шестиугольников (рис. 11.2). В них каждый атом углерода соединен крепкими ковалентними связями с тремя соседними атомами (три σ-связи). Связи направлены друг к другу под углом 120°. Четвертый валентный электрон каждого атома в слое остается подвижным, как в металле, и может перемещаться от одного атома углерода к другое. За счет таких электронов возникает металлическая связь. Этим объясняется высокая электрическая проводимость графита (но хуже, чем у металлов), a также его теплопроводность и металлический блеск.

Расстояние между слоями в графите достаточно большая (0,335 нм), а силы взаимодействия между ними сравнительно слабые (это в основном межмолекулярные силы). Поэтому графит расщепляется на тонкие чешуйки, которые сами по себе очень прочные. Чешуйки легко прилипают к бумаге.

Графит применяют для производства грифелей карандашей, а также электродов (в промышленном электролизе). В смеси с техническими маслами используется как смазка: его чешуйки устраняют неровности поверхности, которую смазывают. Поскольку он тугоплавкий и хорошо выдерживает резкую смену температур, из смеси графита и глины изготавливают плавильные тигли для металлургии. Используют графит и в ядерных реакторах как замедлитель нейтронов.

Рис. 11.2. Кристаллическая решетка графита

Случается графит в виде крупных залежей в Сибири, на Алтае и в других местах. Налажено также производство графита искусственным способом из кокса.

Карбин - мелкокристаллический порошок черного цвета. Впервые синтезирован в 60-х годах российскими химиками, позже был найден в природе. Кристаллы карбіну состоят из линейных цепочек атомов углерода, соединенных одинарными и тройными связями, чередующимися:

... -С≡С-С≡С-С≡С- ... или (-С≡С-)n.

По твердости карбин превосходит графит, но значительно уступает перед алмазом. Имеет полупроводниковые свойства. Во время нагревания до 2 800 °С без доступа воздуха превращается на графит.

Природный карбон как элемент состоит из двух изотопов: 106°С (98,892 %) и 136С (1,108 %). Кроме того, в атмосфере обнаружены незначительные примеси радиоактивного изотопа 614С, который добывают искусственным способом и широко применяют в научных исследованиях.

Уголь. При термическом разложении карбоновых соединений образуется черная масса - уголь и выделяются летучие продукты. Уголь представляет собой тонкоизмельченный графит. Важнейшими сортами уголь кокс, древесный уголь и сажа.

Кокс добывают нагреванием каменного угля без доступа воздуха. Применяется в металлургии как восстановитель.

Древесный уголь образуется во время обугливание древесины (нагрев без доступа или при незначительном доступе воздуха). Применяется в металлургической промышленности, в кузнечных горнах, для добывания черного пороха, поглощение газов, а также в быту.

Сажа образуется из углеводородов (природного газа, ацетилена, скипидара и т.д.) сжиганием их при ограниченном доступе воздуха (или термическим разложением без доступа воздуха). Применяется как наполнитель в производстве резины, а также для изготовления черных красок (типографская краска, тушь) и ваксы для обуви. Стеклоуглерод - пример существования углерода в аморфной форме. Он также образуется при термическом разложении углеродных соединений. Имеет уникальные свойства: большую механическую прочность, малую плотность, электрическую проводимость, тугоплавкость и стойкость против агрессивных сред. Поэтому применяется для изготовления аппаратуры для сильноагрессивных сред, а также в авиации и космонавтике.

Адсорбция. Уголь (особенно древесный) имеет большую адсорбционную способность.

Адсорбцией называется свойство угля и других твердых или жидких веществ удерживать на своей поверхности пары, газы и растворенные вещества.

Вещества, на поверхности которых происходит адсорбция, называются адсорбентами. Вещества, которые адсорбируются, называют адсорбатами. Если, например, раствор чернил взболтать с мелко растертым углем, а затем смесь профильтровать, то в фильтрате будет бесцветная жидкость - вода. В этом случае вся растворенная краска адсорбируется углем. Уголь - адсорбент, краска - адсорбат.

В технике-как адсорбенты применяют алюмосиликаты, синтетические смолы и другие вещества.

Адсорбционная способность угля предопределяется его поруватістю. Чем больше пор, тем большая поверхность угля и тем большая адсорбционная способность. Конечно поры древесного угля частично заполнены различными веществами, что снижает его адсорбционную способность. Для усиление адсорбции угля специально обрабатывают - нагревают в струе водяного пара, чтобы освободить его поры от загрязняющих веществ. Обработанное таким способом уголь называют активным.

Активный уголь широко применяется для очистки сахарного сиропа от примесей, которые придают ему желтого цвета, для очистки растительных масел и жиров. В медицине таблетки с активного угля (“карболен”) используют для удаления вредных веществ с организма. Активный уголь применяется в противогазах для поглощения ядовитых веществ. Фильтрующий противогаз, созданный М. Д. Зелинским, применялся в мировую войну 1914-1918 гг., что позволило спасти жизнь многим десяткам тысяч людей.

Химические свойства. По обычной температуры угля достаточно инертно. Его химическая активность проявляется лишь при высоких температурах. Как окислитель, уголь реагирует с некоторыми металлами и неметаллами. Соединения углерода с металлами называются карбидами. Например:

4Аl + ВС = Аl4С3.

                                                         Карбид

                                                        алюминия

Большое практическое значение имеет карбид кальция, который получают нагреванием извести СаО и кокса в электропечах:

СаО + ЗС = СаС2 + СО.

                                                    Карбид

                                                    кальция

3 водородом уголь при наличии никелевого катализатора и при нагревании образует метан - основную составную часть природных горючих газов:

С + 2Н2 = СН4.

Однако для угля более характерны реакции, в которых он проявляет восстановительные свойства. Это имеет место при полном сгорании карбона любой алотропічної модификации:

С + O2 = СO2.

Уголь восстанавливает железо, медь, цинк, свинец и другие металлы из их оксидов, что широко используется в металлургии при извлечении этих металлов. Например:

2ZnO + С = 2Zn + СО2.

Очень важное химическое свойство углерода - способность его атомов образовывать прочные связи между собой - углеродные цепи (см. ч. III. Органическая химия).

na-uroke.in.ua

Композитные материалы углеткань (карбон)

Карбон, угле-пластик, carbon

лист угле-волокна   Волокна черного цвета, состоящие из множества нитей толщиной от 0,005 до 0,010 мм сплетенных в ткани из которых можно изготовить различные формы, с очень высокими прочностными техническими характеристиками. Сами по себе ткани не используются, а используются, как исходное сырье пропитанное эпоксидной смолой, с последующим застыванием образуют очень прочный и легкий материал. Прочность некоторых угле-пластиков выше высокопрочной стали сорта 25ХГСА но значительно меньше ее по весу. удельный вес готового угле-пластика 1.5 - 2 килограмма на квадратный дециметр - у стали 8 кг на квадратный дециметр. Разница масс в 4 - 6 раз.

  Прочность карбона в основном зависит от качества применяемой эпоксидной смолы. Самые лучшие угле- ткани продаются уже пропитанными смолой, остается только уложить их в форму и отправить в автоклав для застывания.

  Изготовление формы: Чтобы изготовить простейшую матрицу необходимо иметь готовый по форме образец бампера, капота либо любой другой детали изготовленных из любого материала, либо используя готовый заводской образец. Для избежания прочного склеивания образца с будущей матрицой, ее необходимо промазать слоем разделителя. В качестве разделителя может служить мыло, эдельвакс, воск растворенный в бензине, Циатим-221, кремне-органические смазки. В качестве основы для матрицы, можно использовать монтажную пену, гипс, а также композитные материалы. Если матрица выполняется из композитных материалов, то самым дешевым ее источником является стекловолокно пропитанное обычной эпоксидной смолой. Если матрица имеет сложную форму, то ее приходится делать разъемной, в одном или нескольких местах. Места разъема должны быть зафиксированы и иметь точную позицию друг относительно друга. Лучше всего подходит штифтовое позициолнирование с последующим скреплением болтами.

  Все монококи самых современных суперкаров и формулы один, выполняются с использованием углеродного волокна, для большей прочности в конструкцию добавляют титановые и сотовые структуры. Именно из за карбоновой конструкции эти автомобили так дороги. Мало того, что сам материал не дешев, так еще и все производство происходит практически полностью в ручном режиме.

  Стоимость углеродного волокна очень высока и детали получаемые с помощью нее соответственно тоже. Цена за углеткань начинается от 5000 руб за 1 кг или 5 метров квадратных, при толщине 0.25 мм. Некоторые американские истребители и бомбардировщики тоже делают из карбона и стоимость бомбардировщика B2 например: составляет более 2 миллиардов долларов !!!

  В домашних условиях изготовить такой же прочный карбон как и в заводских, скорей всего не получится, так как для качественного формования крупных деталей, понадобиться большой вакуумный автоклав, позволяющий формовать в вакууме и при заданной иногда немалой температуре, более 150 градусов. автоклав для формования карбона

Эпоксидные смолы застывающие при комнатных температурах не обладают и половиной той прочности, нежели полимеризованные с заданной картой температур, в условиях вакуумного автоклава.

  Небольшой список компаний производящих carbon:

TorayКарбон Nippon Graphite Fiber CorporationFORMAXPorcher IndustriesSeal SpASGL GroupMapeiZoltekSaertexBallarHexcel CorporationTaiwan Electric InsulatorA&P TechnologyFTS SpAEpotechZyvex TechnologiesIsovolta AG

В наше время все больше и больше изделий изготовляют из углеродного волокна и впрочем это не удивительно, ведь этот замечательный материал, сочетает в себе массу достоинств и только один недостаток, высокая цена. Небольшой перечень изделий изготавливаемых из углеродного волокна:

Корпуса автомобилейкорпуса самолетовКорпуса элементов баллистических ракетКорпуса яхтрамы велосипедовудочки, спиннинги итд.тормозные диски, колодки, диски сцепленияСверхпрочная арматура для бетонаСамые высокооборотистые маховикиАвтомобильные колесные дискиДетали для авиа, авто и ракето моделизме

Виды и цены на композитные материалыСравнение прочности различных материалов

наименование плотност кг/дм3 предел - прочности на разрыв кгс/мм2
Стекловолокно 2.52 кг/дм3 170 кгс/мм2
Кевлар/арамидное 1.44 кг/дм3 360 кгс/мм2
Углеволокно под. вытяжке 1.75 кг/дм3 250-500 кгс/мм2
Углеволокно обычное 1.5 кг/дм3 50-100 кгс/мм2
Полиэтиленовое волокно 0.97 кг/дм3 250-300 кгс/мм2
Нержавеющая проволка 7.9 кг/дм3 145 кгс/мм2
Борное волокно 2.57 кг/дм3 360 кгс/мм2
Сталь 30ХГСА 7.9 кг/дм3 170 кгс/мм2
Аллюмосиликат 3.3 кг/дм3 200 кгс/мм2

zero-100.ru

Карбон - Тюнинг - Полезная информация

Карбон – ультрасовременный материал, уникальные свойства которого применяются в высоко технологичных областях, например, в ракетно-космической и авиационной технике. Свою широкую известность в автомобильном мире карбон получил благодаря гонкам "Формула-1" - оперение гоночных болидов, как правило, карбоновая на все сто процентов. Карбон легок, прочен и, вместе с тем, необыкновенно красив. Технологичный внешний вид класического карбона — темно-серый с металическим отливом. Но сегодня, помимо стандартного цвета, мы рады предложить волокно любого цвета и оттенка. Можно смело утверждать, что карбон – культовый материал, и «закат» этого культа не предвидится в обозримом будущем.

Свойства карбона 

Карбон представляет собой ткань из углеродных нитей, залитых эпоксидной смолой, которая придает изделию дополнительную прочность. Углерод в форме нитей обладает примечательными свойствами: несмотря на то, что сломать нить не так уж и сложно, порвать ее будет весьма непростой задачей. В тандеме с эпоксидными смолами, прочность и долговечность которых широко известны, изделия из карбона приобретают те самые уникальные свойства, которые сделали данный материал культовым в сфере авто-тюнинга. Обычно, при изготовлении карбоновых деталей, углеродные ткани накладываются слоями друг на друга, что существенно увеличивает жесткость и ударопрочность, при этом вес изделия увеличивается крайне незначительно.

Преимущества карбона

Так чем же карбон лучше стали? В первую очередь – он легче. Значительно легче – зачастую более чем в 2 раза. Благодаря малому весу, прочности и долговечности, карбон имеет неоспоримые преимущества перед металлом и пластиком – материалами, традиционно используемыми в автомобилях серийного производства. Заменяя штатные детали салона и экстерьера на карбоновые аналоги можно существенно снизить общую массу автомобиля, как следствие, улучшить его динамику, скоростные показатели, полезную нагрузку и, в конечном итоге, эффективность расхода топлива.

Отрицательные стороны карбона 

При всех своих положительных сторонах и достоинствам у карбона все-таки есть свои минусы, ведь в нашем мире нет ничего совершенного.Под действием солнечных лучей карбон подвергается выцветанию и в последствии может поменять оттенок. Если, все-таки, деталь из карбона будет повреждена, то восстановлению она уже не подлежит, т.к. это просто невозможно и сломанную деталь придется менять полностью. Ну и конечно одним из главных минусов является его стоимость. На данный момент не каждый автолюбитель может позволить себе тюнинг с применением карбона.

Карбон в тюнинге 

Наш сайт о тюнинге, так что закончим отступления на тему создания карбона и его достоинств и недостатков и перейдем напрямую к теме тюнинга с применением карбона!Вспоминая слово карбон, мы первым делом представляем себе карбоновые капоты автомобилей, в наше время это наверное является самой распространенной деталью авто, которую заменяют на карбоновую при тюнинге, примеры этого видел почти каждый житель города. Но изменением стандартного капота на карбоновый, не как не заканчивается, вы сами это прекрасно понимаете. Карбон применяется как во внешнем тюнинге, так и во внутреннем.  Из карбона делают капоты, бампера, спойлеры, обвесы, зеркала. В внутреннем тюнинге, можно поменять ручку переключателя КПП, вставки на руле, элементы панели... Такое изменение прибавит вашему автомобилю индивидуальности и стиля. Даже известные «элитные» марки авто стали применять в дизайне салона карбоновые элементы!

carman.do.am

10 фактов, которых вы не знали о карбоновом волокне

Углеродное волокно появилось в производстве велосипедов около 10 лет назад. С тех пор велоиндустрия продолжает совершенствоваться в производстве более легких, более жестких и  более впечатляющих проектов, которые невозможно было выполнить в металле. Но продукция из карбонового волокна может оказаться более непонятной и таинственной, чем её металлический  двойник. Ниже приводим 10 фактов, которые вы, возможно, не знали об этом материале.

Не все карбоновые рамы производят в Азии…

Создается такое впечатление.  И это верно, по большей части родина карбоно-волоконной продукции для велоиндустрии – Тайвань, иногда Китай. Но карбоновые рамы и другие компоненты, выполненные из этого материала, также производятся на фабриках в США (Zipp's и иногда Trek's) и во Франции (Time и Look).

Несмотря на репутацию аэрокосмического материала, с карбоновым волокном всё же легче работать в небольших масштабах. Небольшие велосипедные магазины и мастерские и даже мастера одиночки могут работать с карбоном, а не только с готовыми трубами от таких компаний как Dedacciai из Италии или Rock West из США. Они сами создают рамы из карбонового листа таким же образом, как это делают и на крупных производствах, как например, Giant.

... Но сырье получают преимущественно из Азии.

Само по себе карбоновое волокно делают из полиакрилнитрилового (ПАН) волокна. Менее общеупотребимый предшественник – смола. ПАН волокна нагреваются до критично высокой температуры, при которой сжигаются все не-карбоновые материалы и остаются лишь очень тонкие, длинные волокна. Чем дольше длится процесс, тем более жесткими становятся волокна.

Это – сложный промышленный процесс, и лишь несколько компаний в мире имеют возможность производить карбоновое волокно. Более 90% мировых карбоно-волоконных поставок совершаются шестью компаниями: Toray, Toho Tenax, Mitsubishi Rayon, Zoltek, Hexcel, и Cytec. Около 2/3 мировой продукции карбонового волокна числятся за компаниями Toray, Toho и Mitsubishi.

Существуют несколько видов карбонового волокна.

Формы карбонового волокна бывают разные: сырые волокна или листовые волокна (в обоих случаях непрерывные волокна) и коротко-нарезанные волокна, либо листом, либо пучками.  Коротко нарезанные волокна используют для производства педалей. Листовые чаще всего используют для рам. Непрерывные листы карбонового волокна (слои), словно это обычная ткань, выпускают намотанными на гигантские катушки. Сырые волокна – менее известная форма в велоиндустрии; лишь несколько велосипедных компаний, как Giant или Time, имеют техническую возможность работать с сырыми волокнами.

Карбоновое волокно – это лишь середина пути.

Мы говорим «карбоновое волокно», но на самом деле имеем ввиду «композит из карбонового волокна», т.к. это не единственный материал в вашей раме. Неповторимые жесткие свойства карбонового волокна имеют свою цену: сам по себе материал хрупкий и склонный к расщеплению и появлению трещин. Для сохранения его свойств его кладут в клейкий материал под названием эпоксидная смола до тех пор, пока он не сформируется в композитный материал. По большей части именно в этой форме используется карбоновое волокно в велоиндустрии, и называется “pre-preg” (пер. «предварительно пропитанный»).

Смола выполняет две задачи. Первая – скрепляет волокна вместе, как каждое отдельное волокно внутри пучка, так и, после затвердения, расположение двух пучков относительно друг друга. Вторая задача смолы – добавить прочности и долговечности. Пластичность и деформация под воздействием посторонних факторов помогают избежать разрушения волокон от удара камнями или в результате аварии.

Вело-компании не устанавливают уровни качества.

Каждая вело-компания добавляет свою изюминку в дизайн рамы. Карбоновое волокно оценивается по степени жесткости, которая определяется типом упругости при растяжении, или насколько материал деформируется при нагрузке. Для карбонового волокна эти уровни оценки установлены Японской Ассоциацией производителей карбонового волокна (JCMA).

По большей части в велоиндустрии используется карбоновое волокно стандартного или среднего типа; на более дорогостоящих рамах в игру вступают более высокие градации. Некоторые компании вовсе избегают этой возни с общей системой оценивания и просто создают свою систему градации карбона в условиях специфического для данной компании рынка, таких как FACT или Advanced Grade.

Карбон сам по себе представляет собой смесь.

Хорошая карбоновая рама состоит из волокон разных типов, из которых назначение каждого в составе рамы очень разное. Высоко-модульное волокно – очень дорогое (из-за всех этих процессов), поэтому его используют предусмотрительно немного только в ключевых областях, как нижняя труба, каретка и перья, для лучшего сопротивления и большей жесткости байка. Но их укладывают в формы вместе с волокнами стандартно-модульными, средними и высоко-прочными, чтобы получить такую долговечность, производительность и качество, какими должна обладать хорошая рама.

Настоящая магия — и дороговизна — в слоях.

Карбоновое волокно – прекрасный материал для велосипеда по двум причинам. Первая – при своем низком весе он жестче других известным материалов. Вторая – в отличие от металла, жесткость карбонового волокна можно легко регулировать; его жесткость может регулироваться в зависимости от направления карбоно-волоконного композита, которое укладывается в формы. Это называется анизотропия. Металлы, наоборот, изотропичны, и представляют одинаковые свойства жесткости и прочности вдоль всех осей материала. Инженеры используют сложные компьютерные программы, которые учитывают градацию карбона, смолы, форму, размер и направление пучков карбоновых волокон, и даже место расположения в форме. Так рама становится максимально лёгкой или жесткой, или и то, и другое, но те программы и экспертиза уровня очень дорогие в использовании.  Это – и еще стоимость высоко-модульного карбона, необходимого для создания самых тяжелых  в исполнении конструкций – делает самые лучшие карбоновые велосипеды такими дорогими.

Этот узор выполняет преимущественно косметическую функцию.

Этот классический, «крест-накрест», вид карбонового волокна не имеет особо ничего общего с производительностью. Плетеный слой добавляет немного жесткости, но одна из самых его главных целей – добавить верхний слой, который предназначен для царапин и вмятин, в то время, как структурные свойства рамы или какой-то части обеспечиваются однонаправленным волокном внутри.

Он также представляет собой косметический слой, который демонстрирует мастерство строителя, поскольку идеальное соединение швов в верхнем слое может выполнить только опытный мастер. Хотя, чаще всего, производители велосипедов или отдельных частей не делают верхний тканый слой и просто оставляют  однонаправленное  волокно служить косметическим покрытием.

Все карбоновые рамы делаются вручную.

Стандартное рамо-строение чаще всего ассоциируется со сталью и титаном, но каждая карбоновая рама, колесо, руль или другие части из карбонового волокна требуют активного участия ручной работы, будь то рама от небольшого вело-производителя или производственная модель от Giant или Trek.

Отдельные пучки карбона вырезаются из листа специальной компьютеризированной техникой, но это, пожалуй, единственный автоматизированный процесс из всего производства: рамы или составляющие из карбонового композита должны быть собраны в формы точно в соответствии с графиком, этот процесс еще предстоит автоматизировать. При небольших объемах один человек  может выложить целую раму. При больших – работники создают слой для определенной части рамы, как например, область каретки, затем передают эту часть другим работникам для укладки вокруг трубы, и затем укладывают в форму для вулканизации. Даже процесс после вулканизации – когда раму достают из формы, очищают и красят – требует особого внимания. Эксперты оценивают раму или комплектующие на предмет складок в карбоне или мест, где не получилось ровно уложить слои, что может привести к неисправности.

Да, карбоновое волокно можно починить.

Существует распространенное заблуждение, что если карбоновая рама повреждена, это конец. Но как и стальные или титановые рамы, карбоновая также может подвергаться ремонту. Процесс не так сильно отличается: поврежденную часть вырезают и затем делают прокладку из нового материала, вулканизированного, отшлифованного и окрашенного в подходящий цвет. Если этим занимается эксперт, вы, вероятно, даже не найдете отличия. Но это работа для экспертов. И даже не пытайтесь ни при каких обстоятельствах делать эту работу самостоятельно.

Легко подделать внешность.

Появление карбонового волокна вызвало вспышку разнообразия стилей рамы. Можно отличить Pinarello или Specialized только по форме рамы. Но такие необычные дизайны также провоцируют активное появление фальсификата.

Относительно несложно сделать форму из имеющейся рамы (или даже из детального фото продукта). Но материалы, устройство и методы сборки могут абсолютно отличаться. Многие фальсификаторы, в отсутствие изощренных производственных возможностей, будут использовать дешевые наполнители для  имитации внешнего вида реальной вещи. Директор тестовой лаборатории Specialized, Сантьяго Моралес говорит о фальсификаторах так: «Они делают не продукцию… Это как холст, на котором нарисовано желаемое».

veloclub.su