ABLOY-FIRE.RU - Надежная автоматика для противопожарных дверей

Abloy
Главная
Продукция
Решения для одностворчатых дверей
Решения для двустворчатых дверей
Где купить


Новости

21.05.07 - Итоги семинара "Системы автоматического закрывания противопожарных дверей Abloy"

10.05.07 - Первый в России семинар: "Системы автоматического закрывания противопожарных дверей Abloy"

30.04.07 - Открыт новый сайт "Надежная автоматика для противопожарных дверей Abloy"

Углепластик что это такое


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:

Где применяется углепластик 🚩 детали из углепластика 🚩 Естественные науки

Карбон одновременно очень легкий и чрезвычайно прочный материал, из него можно изготавливать детали любого размера и конфигурации. Углепластик обладает прекрасными аэродинамическими показателями, он способен выдерживать любые критические температуры. Нити углерода очень устойчивы к растяжению, наравне со сталью. Однако при сжатии или точечных ударах они могут поломаться, поэтому их переплетают под определенным углом и добавляют резиновые нити.

В строительстве углеродопластики используют в системах внешнего армирования, например, при возведении или ремонте мостов, промышленных или складских зданий. Это позволяет проводить реконструкцию со значительно меньшими трудозатратами в сравнении с традиционными способами и в более сжатые сроки. При этом срок службы несущей конструкции увеличивается в несколько раз.

В авиации из углепластиков создают цельные композитные детали. Алюминиевые сплавы проигрывают в сравнении углепластиковым. Композитные детали имеют в 5 раз меньший вес и гораздо большую прочность и гибкость, а также устойчивость к давлению и некоррозийность. Даже их высокая стоимость не является критичной, так как масштабы применения карбонов в этой области не столь велики. Количество углеродных волокон здесь составляет около 10 процентов общего объема их производства.

В ракетостроении композиционные материалы используются очень широко. Высокие нагрузки космических полетов предъявляют соответствующие требования к материалам, используемым при производстве деталей. Углеродные материалы могут работать в условиях высоких и низких температур, при огромных вибрационных нагрузках, в вакууме и в условиях радиационного воздействия.

Атомная промышленность использует углепластики при создании энергетических реакторов, стойким к высоким температурам, радиации и большому давлению. Кроме этого, в этой отрасли особое внимание придается общей прочности внешних конструкций, и система внешнего армирования тоже имеет обширное применение.

В автомобилестроении из композитных материалов производят отдельные детали и узлы, а также автомобильные корпуса целиком. Сочетание прочности и легкости позволяет создавать безопасные и экологичные автомобили. Из углепластика делают обвесы, капоты, спойлеры. Карбоновые тормозные диски - непременный атрибут гоночных автомобилей.

В судостроении высокая прочность, коррозионная стойкость, высокая ударостойкость и низкая теплопроводность делают углепластики лучшим материалом для изготовления конструкций корпусов подводных лодок.

Одна из самых значимых областей применения углеродопластиков - ветроэнергетика. Легкость и непревзойденная прочность на изгиб этих материалов позволяют создавать удлиненные лопасти, обладающие большей энергопроизводительностью.

Эти же показатели углепластиков востребованы и в железнодорожной отрасли. Применение этих материалов позволяет облегчить конструкцию вагонов, снизив этим общий вес составов, что позволяет увеличивать их длину и улучшать скоростные характеристики. Кроме того, углепластики могут использоваться при строительстве железнодорожного полотна.

Композиционные материалы интенсивно входят и в быт каждого человека. Из углепластиков создаются многие товары народного потребления - детали бытовых приборов, спортивная экипировка и инвентарь, мебель, детали интерьера, музыкальные инструменты и многое другое.

Углепластик — VeloWiki

Карбоновый подседельный штырь

Углепластик (или карбон, англ. carbon fibre composite) — полимерный композиционный материал из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол. Плотность — от 1450 кг/куб.м.

Материал отличается высокой прочностью, жёсткостью и малым весом, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА). Углепластиковые детали имеют крайне высокую стоимость, в 1,5-2 раза выше алюминиевых того же уровня.

[править] Технология

Основная составляющая часть углепластика — это нити углерода. Такие нити очень тонкие (примерно 0.005-0.010 мм в диаметре, сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно.

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:

  1. Окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
  2. Стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.
  3. Стадия графитизации при температуре 1600-3000 °C — также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Из этих нитей сплетаются ткани (трубчатые детали изготавливают намоткой). Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и др.). Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, сложной технологией производства и высокой 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, о камень). Восстановить первоначальный вид карбоновых деталей после повреждения невозможно. Поэтому после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком. Справедливости ради, следует отметить, что удар, вызвавший повреждение карбоновой детали, также может необратимо повредить аналогичную алюминиевую или стальную: [1].

[править] Применение

Карбоновая рама в процессе изготовления

Карбон широко применяется для изготовления легких велосипедных деталей высшего уровня. В их числе:

Известно, что карбоновая деталь значительно прочнее алюминиевой равного веса. Например, практически не встречаются алюминиевые рамы легче 1400 г (из-за их низкой надежности и прочности), при этом карбоновые рамы весом 1000 г выпускаются серийно рядом производителей. Поэтому гонщики шоссе и кросс-кантри, стремящиеся максимально облегчить велосипед, предпочитают именно карбон.

Еще одно преимущество — возможность обеспечения анизотропии (направленности) свойств материала путем изменения способа намотки углеволокна и его строения. Карбоновые детали будут жесткими там, где это необходимо, и в то же время — гасить вибрации, если это требуется.

С другой стороны, для туристов и покатушечников, которые не страдают вейтвиннерством, крайне высокая стоимость карбоновых деталей критичнее их малого веса, поэтому в широком кругу байкеров карбоновые детали встречаются редко.

Помимо этого, в среде байкеров ходят легенды о низкой прочности карбоновых деталей. Однако гонщики, имеющие дело с карбоном, заявляют следующим образом:

  • Эти легенды идут с начала 2000-х гг, а с тех пор технология производства углепластика была радикально усовершенствована, увеличена стойкость к ударам и долговечность[1].
  • Если сравнивать 150-граммовый карбоновый руль с 400-граммовым алюминиевым или стальным, то последний, разумеется, прочнее. Если же сравнивать 150-граммовые рули, то из всех вариантов более прочным окажется именно карбоновый.
  • В пользу карбона также говорят давно производимые из него детали гоночных автомобилей, самолетов, снаряжение для зимнего спорта и т. д.

[править] Сравнительные характеристики

Материал
Характеристика
Углеродистая «кроватная» сталь Хромомолибденовая сталь Алюминиевый сплав Титановый сплав Углепластик (карбон)
Предел прочности, МПа 400-800 600-1100 250-500 600-1100 1600
Плотность, г/см3 7,8 7,85 2,6-2,8 4,5 1,75
Подверженность износу (коррозия, усталость и др.) Высокая Низкая Высокая Низкая Низкая
Ремонтопригодность в походных условиях Высокая Высокая Низкая Отсутствует Отсутствует
Ориентировочная жесткость Ниже среднего Средняя Высокая Средняя Практически любая, в зависимости от задач
Вес Очень высокий От среднего до высокого От низкого до среднего Средний Очень низкий
Цена Очень низкая От средней до высокой От очень низкой до высокой От высокой до очень высокой От средней до очень высокой
Область применения рам Самые дешевые велосипеды Туризм, городские велосипеды, экстремальные виды спорта Все категории велосипедов Туризм и покатушки, изготавливаются в том числе по индивидуальным заказам Шоссейные гонки и кросс-кантри
Область применения жестких вилок Вилки самых дешевых велосипедов Туризм, городские велосипеды, экстремальные виды спорта Самые дешевые дорожные вилки Туризм и покатушки (обычно выпускаются по индивидуальным заказам) Шоссейные и MTB вилки, начиная от среднего уровня
Область применения «палок» В велосипедах уровнем до ниже среднего включительно Экстремальные виды спорта, грузовой туризм В велосипедах уровнем до выше среднего включительно Редкие компоненты высокого уровня для «эстетов» Гоночные компоненты высокого уровня
Область применения багажников Советские велосипеды Дорогие модели для грузового велотуризма Дешевые массовые багажники Дорогие, изготавливается в том числе по индивидуальным заказам Нет
  1. ^ См. видео "Карбон vs. молоток"

Углеродное волокно, что это такое, применение карбона в современном строительстве.

Виды волокон карбона. Полотно

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

Так как волокна отлично работают на растяжение, но плохо на изгиб и сжатие, то идеальным вариантом использования углеволокна является применение его в виде полотна Carbon Fabric. Оно получается различными видами плетения: елочкой, рогожкой и пр., имеющими международные названия Plain, Twill, Satin. Иногда волокна просто перехвачены поперек крупными стежками до заливки смолой. Правильный выбор полотна по техническим характеристикам волокна и виду плетения очень важен для получения качественного карбона.

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

3.Связующие

В качестве матриц (связующих) при изготовлении судовых конструкций используются преимущественно эпоксидные н полиэфирные синтетические смолы .

Эпоксидные смолы используются двух типов: термопласты и реактопласты. Термопласты все еще находятся в стадии разработки из-за их высокой стоимости. Чаще всего используют смолы реактопласты, которыми пропитывают углеродистые волокна, а после подвергают нагреванию. Процесс, когда волокно и смолу соединяют в матрице, называют полимеризацией .

До момента отверждения связующее остается вязкотекучей жидкостью. В определенных условиях (при повышении температуры, добавлении иницирующих реакцию веществ и т. п.) молекулы этой жидкости взаимодействуют между собой, образуя большие пространственные молекулы, вследствие чего вся масса связующего необратимо отверждается — затвердевает.

Сравнительно новым классом термостойких высокомолекулярных соединений являются полиамидные смолы. Их главное отличие от полиэфирных и эпоксидных смол заключается в более высоких механических характеристиках и большей стойкости к окислению при высоких температурах (после отверждения). Однако применение полиамидных смол требует разработки специальной технологии нзготовлення ПКМ. Основные характеристики перечисленных смол приведены в табл. 1 .

Применение углепластиков

Углепластик (карбон) имеет невероятно широкую сферу применения. Углеродные материалы и изделия из них можно встретить в самых разнообразных отраслях промышленности.

В строительстве, например, углеродные ткани применяются в Системе внешнего армирования. Использование углеродной ткани и эпоксидного связующего при ремонте несущих конструкций (мостов, промышленных, складских, жилых зданий) позволяет проводить реконструкцию в сжатые сроки и со значительно меньшими трудозатратами по сравнению с традиционными способами. При этом, хотя срок ремонта снижается в разы, срок службы конструкции увеличивается также в несколько раз. Несущая способность конструкции не просто восстанавливается, но и увеличивается в несколько раз.

В авиации углеродные материалы используются для создания цельных композитных деталей. Сочетание легкости и прочности получаемых изделий позволяет заменить алюминиевые сплавы углепластиковыми. Композитные детали, при их весе в 5 раз меньшем, чем аналогичных алюминиевых, обладают большей прочностью, гибкостью, устойчивостью к давлению и некоррозийностью.

В атомной промышленности углепластики используются при создании энергетических реакторов, где основным требованием к используемым материалам является их стойкость к высоким температурам, высокому давлению и радиационная стойкость

Кроме этого, в атомной отрасли особое внимание отдается общей прочности внешних конструкций, поэтому Система внешнего армирования также имеет обширное применение

В автомобилестроении карбон (или углепластик) используется для производства как отдельных деталей и узлов, так и для автомобильных корпусов целиком. Высокое отношение прочности к весу позволяет создавать безопасные, и в то же время экономичные автомобили: снижение веса автомобиля за счет углепластиков на 30 % позволяет снизить выброс CO2 в атмосферу на 16% (!), благодаря снижению расхода топлива в несколько раз.

В гражданской аэрокосмической отрасти композиционные материалы занимают очень прочные позиции. Высокие нагрузки космических полетов ставят соответствующие требования и материалам, которые используются при производстве деталей и узлов. Углеродные волокна и материалы из них, а также из карбидов работают в условиях высоких температур и давления, при высоких вибрационных нагрузках, низких температурах космического пространства, в вакууме, в условиях радиационного воздействия, а также воздействия микрочастиц и т.п.

В судостроении высокая удельная прочность, коррозионная стойкость, низкая теплопроводность, немагнитность и высокая ударостойкость делают углепластики лучшим материалом для проектирования и создания новых материалов и конструкций из них. Возможность сочетать в одном материале высокую прочность и химическую инертность, а также вибро-, звуко- и радиопоглощение обуславливает выбор именно этого материала для изготовления конструкций различных видов гражданских судов.

Одной из наиболее значимых областей применения углеродных материалов в мировой практике является ветроэнергетика. В нашей стране эта отрасль находится, по сути, в стадии зарождения, в то время как во всем мире ветряки появляются и в незаселенных районах, и в прибрежных зонах, и на морских платформах. Легкость и непревзойденные показатели прочности на изгиб углепластиков позволяют создавать более длинные лопасти, которые, в свою очередь, обладают большей энергопроизводительностью.

В железнодорожной отрасли углепластики имеют широкое применение. Легкость и прочность материала позволяет облегчить конструкцию железнодорожных вагонов, снизив тем самым общий вес составов, что позволяет в дальнейшем как увеличивать их длину, так и улучшать скоростные характеристики. В то же время углепластики могут использоваться и при строительстве железнодорожного полотна и прокладке железнодорожных проводов: высокие показатели прочности на изгиб позволяют увеличивать длину проводов, сокращая необходимое количество опор и в то же время снижая риск их провисания.

Композиционные материалы интенсивно входят в привычный мир каждого человека. Из них создаются многие товары народного потребления: предметы интерьера, детали бытовых приборов, спортивная экипировка и инвентарь, детали ЭВМ и многое другое .

Достоинства

  • Обладает достаточной прочностью, чтобы выдерживать большие компрессионные нагрузки, можно делать менее густую армированную сетку или брать для этой цели прутья тоньше.
  • Пластик в 10 раз легче металла, что облегчает и удешевляет перевозку.
  • Для монтажа сетки и нарезки прутьев не нужна сварочная аппаратура, что упрощает сборку и позволяет экономить на оборудовании.
  • Не реагирует со щелочью и не поддается коррозии.
  • Хорошо переносит низкие температуры и не разрушается.
  • Обладает долговечностью — служит до 75 лет.

Недостатки арматуры из углепластика

  • Высокая стоимость, ее чаще используют в качестве усилителя, опоры в составе конструкции из менее дорогих материалов. Правда, судя по отзывам, композитная арматура дает возможность экономить на перевозке, нарезке и монтаже, в комплексе она получается вполне доступной.
  • Может ломаться при ударных нагрузках, а также при попытках её согнуть, то есть требует аккуратного обращения при транспортировке, хранении и собственно монтаже.
  • Отличить подделку рядовому потребителю невозможно, для оценки качества требуется особое дорогостоящее оборудование: ультразвук, рентген, оптическая голография и тому подобное.
  • Малейшая трещина, невидимая глазу, снижает прочностные характеристики.
  • Отсутствие огнестойкости — при 600°C начинает размягчаться, нужны меры по защите на случай пожара.

Правила вязки

Изготавливая арматурную сетку, нужно следить, чтобы соединение прутьев осуществлялось внахлест. Ширина шага должна составлять не более 250 мм. Надежность соединения стыков никак не влияет на качество самого бетона, но лучше их проверять, чтобы сама конструкция не сместилась во время заливки.

Все угловые элементы должны быть зафиксированы при установке каркаса. Если вязка происходит непосредственно в котловане, то опорная конструкция должна быть укреплена сразу, до установки опалубки.

Чтобы ручная вязка происходила достаточно быстро, необходимо заранее подготовить инструменты. Для этого понадобятся кусачки, плоскогубцы, винтовой крючок. Проволоку нужно заранее нарезать на кусочки примерно по 20 см, если диаметр пластиковых стержней не превышает 16 мм. Вязать можно угловыми узлами, двухрядными, крестовыми или мертвыми.

Стоимость по Москве

Цена на углепластковую арматуру зависит от сечения диаметра и не очень отличается от аналогов.

Вид изделия Сечение, мм Материал Цена, рубли/м
АКС (бухты) Ø 4 Стекло 7,60
Ø 6 9,30
Ø 8 15,90
Ø 10 23,30
Ø 12 29,30
АКС (прутья) Ø 6 8,60
Ø 8 от 12,90
Ø 10 25,30
Ø 14 31,54
Ø 16 56,70
АКУ (прутья) Ø 4 Углепластик от 8,00
Ø 6 9,73
Ø 7 10,62
Ø 8 12,90
Ø 14 33,00
БПА 250 Ø 4 Базальт 6,12
Ø 6 7,08
Ø 8 9,36
Ø 10 11,28

Для домашнего применения: стяжки полов, кирпичной кладки, возведения колонн и прочего, достаточно купить базальтовую арматуру (или углепластиковую) диаметром 4-6 мм.

Производство карбоновых рам

Подробности
Просмотров: 10752

  Почему рамы и некоторые детали спортивных велосипедов экстра-класса делают из карбона? Ответ на этот вопрос заключается в особенностях этого материала.

  Карбон или углепластик – это материал из переплетенных между собой карбоновых нитей, скрепленных эпоксидными смолами. Карбоновые волокна – это тонкие трубочки диаметром 5-8 мк, почти полностью состоящие из углерода. Их получают особой термической обработкой искусственных или природных веществ.

 

Тёмная карбоновая нить на фоне человеческого волоса

  Поскольку карбоновые нити легко ломаются, но очень трудно рвутся, из них сплетают ткани, которые и являются основным материалом для изготовления карбоновых изделий. Нити в тканях располагаются слоями под углом друг другу, это обеспечивает одинаковую прочность материала во всех направлениях.

Достоинства карбоновых рам

  Карбон имеет очень высокую прочность, превосходя в этом некоторые высокопрочные стали. И в тоже время – очень малый вес, в 2-3 раза меньший, чем у титана. По комплексному параметру «прочность-легкость» углепластик – один из лучших, если вообще не самый лучший материал. Именно эти качества обеспечили его использование при изготовлении не только велосипедов, но и многих других бытовых и промышленных изделий высшего качества и даже в авиастроении.

  Велосипедные рамы из карбона получаются прочными и очень легкими. Вдобавок к этому углепластик хорошо гасит вибрацию и не поддается коррозии. По сравнению с титаном, он обеспечивает большую жесткость рамы, облегчая езду по пересеченной местности и в гору. Усовершенствованная технология производства карбоновых деталей позволяет изготавливать не только рамы для велосипедов, но и другие элементы – выносы, рули, вилки, шатуны, подседельные штыри и даже звездочки.

Производство из материала 21-го века по технологиям 19-го

  Нужно сказать, что процесс изготовления карбоновой рамы мало похож на производство 21 века. Скорее он напоминает работу в мастерской дофордовских времен. Основная часть операций делается вручную. Это объясняет, конечно, дороговизну карбона, из-за которой невозможен массовый спрос. А без массового спроса нет экономического смысла разрабатывать и строить автоматические линии. Процесс изготовления велосипедных рам из углепластика требует много рабочих рук. Это наряду с дороговизной материала делает карбоновые рамы дорогим удовольствием.

  Итак, что представляет собой процесс изготовления велосипедной рамы из углепластика?

  Из всех компаний-производителей велосипедов лишь две (Giant и Time) в качестве исходного сырья использует карбоновые нити. Другие фирмы предпочитают закупать уже готовую углеволоконную ткань.

  Если рассматривать процесс изготовления рам на примере Giant и Time, то исходный материал для карбоновых велосипедных рам представляет собой катушку толстых ниток. Вернее сказать, несколько десятков катушек, которые надеты на бобины. Множество карбоновых нитей проходят через станок, превращаясь в листы, шириной в 3 фута, пропитанные смолой.

Сборка рамы

  Рама велосипеда представляет собой замкнутую конструкцию со сложной поверхностью, которая в разных местах имеет различную конфигурацию – в виде цилиндра, тора, или иных криволинейных поверхностей. Для удобства сборки рама подразделяется на отдельные элементы, которые формируются путем наложения листовых заготовок на шаблоны (матрицы), форма которых идентична элементам рамы. Эта работа напоминает изготовление деталей из стеклопластика. Те, кому приходилось делать из него обвесы для своего мотоцикла или машины, смогут сделать это и из карбона.

Листовая заготовка разрезается на фрагменты различной конфигурации и размеров – в зависимости от того, для какой части рамы она предназначена. Причем при нарезании частей учитывается не только конфигурация заготовки, но и расположение нитей в ней. Нарезанные фрагменты раскладываются по коробкам, из которых рабочие подбирают себе куски необходимых размеров.

На сборочных столах имеются ячейки (гнезда), в которых лежат карбоновые фрагменты для определенных деталей. Перед наложением листовых заготовок на матрицу, они разогреваются на подогретой пластине. Матрицу тоже подогревают для придания углепластику эластичности и гибкости. Каждая деталь рамы требует наложения нескольких слоев заготовок. Наиболее простым является изготовление трубчатых частей рамы. Листовой фрагмент просто несколько раз оборачивается вокруг шаблона в виде трубки.

Наиболее сложные в изготовлении – зона каретка и рулевой колонки.

После того как все части рамы сформованы, их укладывают в пластмассовую форму. Во внутреннюю полость рамы вводят эластичной баллон из полиуретана и подкачивают его – чтобы он создавал давление на стенки рамы изнутри. В отверстие каретки и во втулку руля вставляют стальные сердечники. Отрезают излишки карбонового волокна и отправляют подготовленную раму в холодильник, где она ожидает своей очереди на формовку и обжиг в печи.

Формовка

  Для горячего формования раму укладывают в форму. Ввиду сложности конфигурации изделия, форма состоит из различных подвижных частей, которые пододвигаются в нужное положение к раме и фиксируются болтами. Когда все части нижней половины формы находятся на своих местах и зафиксированы, опускается с помощью гидравлики верхняя часть формы. В результате рама оказывается замкнутой со всех сторон.

Затем матрица с рамой отправляется в печь на температурную формовку (обжиг). Благодаря давлению находящегося во внутренней полости рамы полиуретанового баллона, наружная поверхность рамы в точности повторяет конфигурацию формы. Перекрывающие друг друга карбоновые листы сплавляются композитной смолой, образуя монолитную бесшовную поверхность. Излишки углепластикового композита выдавливаются из матрицы.

Финишная обработка

  После охлаждения форма разбирается, и извлекается готовая рама. Впрочем, говорить – «готовая» – еще рано. Ей предстоит финишная обработка – зачистка напильником и рашпилем, шлифовка, полировка и прочее. Во время зачистки и полировки образуется много карбоновой пыли, которая повисает в воздухе. Чтобы избежать ее вдыхания, люди работают в защитных костюмах и масках. Вентиляторы направляют пыльный воздух к стенам, по которым струится вода, смывающая карбоновую пыль.

  Заключительной операцией является тестирование. На раму с определенной высоты бросают груз и измеряют сопротивление удару. Тест показывает, насколько готовое изделие соответствует необходимым требованиям.

  И в завершении небольшое видео о производстве карбоновых рам на заводе Giant:

Углеродное волокно как материал основа для производства композиционных материалов

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 и пр. свойства.

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.

На основе углеродного волокна производят:

– композитную (углеродную) арматуру. Углеродная арматура представляет собой материал, который состоит из основы в виде углеродного волокна и связующего: термореактивной синтетической смолы. Углеродная арматура изготовляется методом пултрузии — протяжкой пропитанных связующим армирующих волокон через нагретую формообразующую фильеру;

– двунаправленные ткани: комбинированную (углеродную и арамидную) ткани, стеклоткань саржевого или полотняного переплетения, углеродную ткань саржевого или полотняного плетения, углеродную ткань-сатин;

– дизайнерские ткани;

– мультиаксиальные ткани: биаксильные ткани, квадроаксильные ткани,

– углеродное нетканое полотно. Нити углеродного волокна в однонаправленных нетканых материалах располагаются строго параллельно друг другу. Нити фиксируются стеклянной сеткой и/или эпоксидным биндером;

– однонаправленные углеродные ленты. Однонаправленные углеродные ленты – это текстиль, где свыше 75% волокон расположены в одном направлении. В качестве утка используется стекловолокно или арамидное волокно;

– препреги. Препреги — композиционные материалы-полуфабрикаты. Их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими. Пропитка осуществляется таким образом, чтобы максимально реализовать физико-механические свойства армирующего материала. Методы с использованием пропитки волокна позволяют на 30% улучшить свойства материала;

– системы внешнего армирования;

– преформу-рукав;

– фибру. Фибра – нарезанное углеродное волокно. Используется в качестве усиливающей добавки в бетон, асфальтобетон;

– прочие материалы: жгуты, углерод-углеродные композиционные материалы, фибры и т.д.

Углепластик

Состав и физико-механические свойства углепластиков.

Рабочая температура углепластиков определяется их связующей. Наиболее высокие рабочие температуры имеют стеклопластики на полиимидной основе.

Состав и физико-механические свойства углепластиков.

Анизотропия свойств углепластиков выражена еще более резко, чем у стеклопластиков.

Небольшой слой углепластика также создает достаточный экранирующий эффект. Поэтому в целях экономии дорогостоящего углеродного волокна применяют многослойные материалы, сочетающие слои стекло — и углепластиков, а также композиции на основе смешанных наполнителей. Несмотря на высокую стоимость, углеродные волокна являются перспективным видом наполнителей для электропроводящих пластмасс.

Изделия из углепластиков получают такими методами, как намотка и прессование.

Отличительной чертой углепластиков является также их высокая статическая и динамическая выносливость, достаточно высокая тепло -, водостойкость и химическая стойкость. По сравнению, например, со стеклопластиками они-обладают повышенной в полтора-два раза теплопроводностью.

Диаграмма изгибающая нагрузка — удлинение алюминиевой пластины толщиной 1 5 мм до ( / и после ( 2 армирования двумя пластинами углепластика толщиной 0 25 мм.| Диаграмма изга-бающее напряжение ов — деформация пластины из стеклопластика, толщиной 2 2 мм ( 1 и пластины из стеклопластика толщиной 1 5 мм. армированной двумя пластинами углвпласти-а толщиной 0 2 мм ( 2.

Области применения углепластиков постоянно расширяются , чему способствует использование, так называемых, комбинированных материалов. Они составляют особый класс конструкций, объединяющих углепластики с другими материалами, например стеклопластиками, алюминием, деревом и пр.

Ценное свойство углепластиков — их высокая демпфирующая способность и вибропрочность. По этим показателям углепластики превосходят металлы и некоторые другие конструкционные материалы. Регулировать демпфирующую способность можно, изменяя угол между направлениями армирования и приложения нагрузки.

Химическая стойкость углепластиков позволяет применять их в производстве кислотостойких насосов, уплотнений. Углеродные волокна имеют низкий коэффициент трения. Это дает возможность использовать их в качестве наполнителя для различных связующих, из которых делают подшипники, прокладки, втулки, шестерни.

При нагревании углепластика с внутренним напряжением и неравновесной деформацией различного рода связи, удерживающие структурные образования композиции в напряженном состоянии, ослабевают или разрушаются.

Антифрикционные свойства углепластиков при трении со смазыванием водой.

Общим для углепластиков является высокое содержание порошковых углеродных наполнителей, а также смолы горячего отверждения в качестве связующего. В материалах АМС-1 и АМС-3 связующим является эпоксикремний — органическая смола, а в материале АФ-ЗТ — резольная фенолформальдегид-ная смола. Высокую износостойкость углепластикам придает порошок нефтяного кокса, являющийся основным наполнителем. Он создает неупорядоченную структурную решетку, более износостойкую, чем у искусственных графитов. На рис. 18 показаны скорости изнашивания и коэффициенты трения углепластиков и графита АГ-1500-СО5, полученные автором на машине трения МИ-1М. Все углепластики имеют более высокие антифрикционные свойства, чем графит АГ-1500-СО5, широко используемый для подшипников сухого трения. В табл. 16 приведены антифрикционные свойства материалов, полученные при испытаниях на машине МИ-1М при трении по стали 95X18, давления 20 кгс / см2, скорости скольжения 1 м / с со смазыванием водой. В качестве смазки могуг применяться также бензин, керосин, масло, спирт, морская вода и другие жидкости, в которых углепластики химически стойки. Допускаемое давление со смазыванием водой составляет 40 кгс / см2, скорость скольжения 10 м / с. При трении без смазки допускаемые давления 10 — 20 кгс / см2, скорость скольжения 1 5 — 3 м / с, температура в зоне трения 170 — 180 С.

Зависимость механических свойств углепластика от межслоевого.

Номенклатура изделий из карбонового волокна

карбоновые ткани

Главным изделием из высокомодульного волокна карбона является углеродная (карбоновая) ткань толщиной 1,6 – 5,0 мм, имеющая структуру плетеного полотняного переплетения плотностью от 520 до 560 г/м².

Карбоновые ткани, обладатели нулевого коэффициента линейного расширения, имеют высокую стойкость к деформациям и коррозии.

Характеристиками стандартных углеродных тканей являются:

содержание углерода, разрывная нагрузка (МПа), модуль упругости (Гпа), удлинение, линейная плотность.

Параметрами карбоновых тканей являются:

  • ширина полотна 1000-2000мм
  • содержание углерода 98,5%
  • плотность 100-640 г/м2
  • толщина 0,25-0,30 мм.

Кроме карбоновых тканей основными изделиями высокомодульного волокна являются ленты и шнуры.

Различают следующие виды плетения тканей карбоновых, которые в определенной мере влияют на подвижность изделия:

  • полотняное переплетение, созданное по принципу переплетения каждой нити основы с уточной нитью 1/1, создавая лучшую прочность и подвижность ткани
  • сатиновое переплетение, при котором одна нить утка переплетает 4-5 нитей основы, уменьшая возможность сильного изгиба ткани
  • саржевое переплетение, у которого количество нитей основы перекрыто таким же количеством нитей утка.

Примером возможности саржевого переплетения является разноцветная карбоновая ткань. Карбоновую ткань разноцветную успешно используют при создании кевларовой одежды и вещей, отличающихся гигроскопичностью и способностью к воздухообмену. Кевлар из технических нитей с различной плотностью и структурой уже вошел в обиход авто и военной индустрии, потеснив стеклохолст и сталь.

Преимущества карбона ярко выражены в изделиях из карбонизированного углепластика.

изделия из карбонизированного волокна

Номенклатура изделий из карбонизированного волокна более расширена и представлена:

  • углеродной тканью карбонизированной RK-300 (заменитель стеклоткани)
  • тканью с односторонним алюминиевым покрытием RK-300AF (улучшенные свойства за счет термоэкрана позволяют использовать карбон в качестве теплоизоляционного обмоточного материала)
  • углеродными конструкционными тканями 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k
  • карбонизированными лентами и шнурами.

Тканый холст из карбонового или карбонизированного волокна отлично выполняет функции армирования, независимо от типа наполнителя.

Кроме того, с использованием карбонизированных волокон изготавливают экраны, поглощающие ЭМИ, термопары и электроды, а также радиотехнические изделия.

производство бассейнов с карбоновым усилением

При производстве бассейнов с усилением из карбона в технологию вводят этап добавления в керамический слой карбоновое усиление, древесную бальсу и вспененный каучук. Основанием создания двойного каркаса чаши бассейнов с карбоновым усилением послужили построенные эпюры нагрузки и допустимые напряжения на материал.

Сделаем, вывод, что набирающая обороты популярность использования карбонового волокна в перспективе сможет вытеснить с рынка армирующие материалы.

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

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.

Углеродное волокно - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Ткань из тканых углеродных волокон

Углеродное волокно (британский английский: carbon fiber ) - это тип волокна, состоящего из атомов углерода. Его также иногда называют графитовым волокном . Он имеет самую высокую прочность на сжатие из всех армирующих материалов (композитов), имеет высокое отношение прочности к весу и низкий коэффициент теплового расширения. Плотность углеродного волокна также намного ниже плотности стали. [1] Углеродное волокно представляет собой несколько тысяч длинных тонких нитей материала, состоящего в основном из атомов углерода. [2]

Углеродное волокно в основном используется для армирования композитных материалов, особенно полимеров, армированных углеродным волокном. Армированный углерод-углерод (RCC) конструктивно используется в высокотемпературных приложениях. Волокно также используется для фильтрации высокотемпературных газов.

Формовка тонкого слоя углеродных волокон значительно улучшает огнестойкость полимеров или термореактивных композитов.Это работает, потому что плотный, компактный слой углеродных волокон эффективно отражает тепло. [3]

Растущее использование композитов из углеродного волокна вытесняет алюминий из аэрокосмической отрасли в пользу других металлов. [4] [5]

  1. ↑ Джереми Хирхольцер, доцент авиационных технологий, Университет Пердью, 2007.
  2. «Как производится углеродное волокно - материал, изготовление, использование, обработка, детали, компоненты, состав, структура». www.madehow.com .
  3. Чжао, З. и Гоу, Дж. (2009). «Повышенная огнестойкость термореактивных композитов, модифицированных углеродными нановолокнами». Sci. Technol. Adv. Mater . 10 : 015005. Bibcode: 2009STAdM..10a5005Z. DOI: 10.1088 / 1468-6996 / 10/1/015005. CS1 maint: несколько имен: список авторов (ссылка)
  4. ↑ «Дизайн для защиты от коррозии». boeing.co
  5. ↑ Уорвик, Грэм и Норрис, Гай (6 мая 2013 г.) «Металлы возвращаются с прогрессом в производстве." Aviation Week & Space Technology Архивировано 27 апреля 2015 г. в Wayback Machine.
.

Что такое углеродное волокно? | DragonPlate

Углеродное волокно состоит из атомов углерода, связанных вместе в длинную цепочку. Волокна чрезвычайно жесткие, прочные и легкие и используются во многих процессах для создания превосходных строительных материалов. Углеродный волокнистый материал входит в состав множества «сырых» строительных блоков, включая пряжу, однонаправленную пряжу, переплетения, тесьму и некоторые другие, которые, в свою очередь, используются для создания композитных деталей из углеродного волокна.

Внутри каждой из этих категорий есть множество подкатегорий, требующих дальнейшего уточнения.Например, различные типы переплетения углеродного волокна приводят к различным свойствам композитной детали как при производстве, 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 образования 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.

Углеродные волокна, армирующие стабильную эпоксидную матрицу

Прочность, жесткость и сравнение с другими материалами

Углеродное волокно чрезвычайно прочно. В инженерии типично измерять преимущество материала с точки зрения отношения прочности к весу и отношения 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 33 мси (228 ГПа), а его предел прочности на разрыв обычно составляет 500 фунтов на квадратный 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.

Сталь будет постоянно деформироваться при уровне напряжения ниже ее предела прочности на разрыв. Уровень напряжения, при котором это происходит, называется пределом текучести. Углеродное волокно, с другой стороны, не будет постоянно деформироваться ниже своего предела прочности на разрыв, поэтому оно фактически не имеет предела текучести.

В качестве примера, ламинат, армированный углеродным волокном с полотняным переплетением, имеет модуль упругости приблизительно 6 м / кв. Дюйм и объемную плотность приблизительно 83 фунта / фут 3 . Таким образом, весовая жесткость 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 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. Использование препрега, в частности высокомодульных и сверхвысокомодульных препрегов из углеродного волокна, дает существенно более высокое соотношение жесткости к массе.Например, панель, содержащая слой из углеродного волокна со стандартным модулем упругости препрега 0/90, будет иметь модуль изгиба примерно 8 мсек, или примерно на 30% жестче, чем варианты без препрега. Для очень требовательных применений, где требуется максимальная жесткость, можно использовать сверхвысокомодульное углеродное волокно 110 м / кв. Это специализированное углеродное волокно на основе пека имеет жесткость на изгиб более чем в 3 раза по сравнению со стандартной панелью из препрега с модулем упругости (около 25 мсек). Если учесть возможность индивидуальной жесткости панели из углеродного волокна за счет стратегического размещения ламината, панель (или другое поперечное сечение, например труба) может быть изготовлена ​​с жесткостью на изгиб порядка 50 мси.

Испытания, проведенные Dragonplate, показали, что все образцы однонаправленных сверхвысокомодульных образцов с нулевой ориентацией имеют жесткость на растяжение, превышающую 75 мсю, или более чем в два раза жесткость стали, но все же только половину веса алюминия. Если использовать вышеупомянутое сравнение, то отношение жесткости к весу этого материала более чем в 10 раз больше, чем у стали или алюминия. Если учесть потенциально значительное увеличение как прочности к весу, так и отношения жесткости к весу, которое возможно, когда эти материалы сочетаются с легкими сотами и вспененными сердцевинами, очевидно ли, какое влияние усовершенствованные композиты из углеродного волокна могут оказывать в самых разных областях применения.

Что такое композитная многослойная структура?

Композитный сэндвич сочетает в себе превосходные характеристики прочности и жесткости углеродного волокна с материалом сердцевины меньшей плотности. В случае сэндвич-листов Dragonplate углеродное волокно создает тонкую пленку ламината на пенопласте, сотах, бальзе или фанере из березы. Стратегически комбинируя эти материалы, можно создать конечный продукт с гораздо более высоким соотношением жесткости к весу, чем с любым из них по отдельности. Для приложений, где вес имеет решающее значение, сэндвич-листы из углеродного волокна могут быть подходящими.

Композитная многослойная конструкция механически эквивалентна конструкции из однородной двутавровой балки при изгибе.

Рис. 1: Схема, показывающая многослойную конструкцию из углеродного волокна и эквивалентную двутавровую балку

На изображении многослойной конструкции в центре балки (при допущении симметрии) находится нейтральная ось, где находится внутреннее осевое напряжение равно нулю. Двигаясь снизу вверх на диаграмме, внутренние напряжения переключаются с сжатия на растяжение.Жесткость при изгибе пропорциональна моменту инерции поперечного сечения, а также модулю упругости материала. Таким образом, для максимальной жесткости на изгиб следует размещать чрезвычайно жесткий материал как можно дальше от нейтральной оси. Путем размещения углеродного волокна как можно дальше от нейтральной оси и заполнения оставшегося объема материалом с более низкой плотностью в результате получается композитный многослойный материал с высоким отношением жесткости к весу.

Рис. 2: Сравнение распределения внутренних напряжений для сплошного ламината и многослойной конструкции при изгибе.

Анализ FEA для сравнения многослойного ламината с твердым углеродным волокном показан ниже. Эти расчеты показывают прогиб консольной балки с нагрузкой на конец. На рисунке показан слой сердцевины из березовой фанеры толщиной 3/16 дюйма рядом со слоем твердого углеродного волокна равного веса. Из-за уменьшенной толщины твердой углеродной балки он отклоняется значительно больше, чем эквивалентная балка, изготовленная из материала сердцевины. По мере увеличения толщины это несоответствие становится еще больше из-за значительной экономии веса сердечника.Аналогичным образом, можно заменить твердую углеродную структуру на более легкую, эквивалентную прочности и жесткости, сделанную из любого из ранее упомянутых вариантов сердечника.

Рис. 3: Сравнение анализа методом конечных элементов между многослойным слоистым материалом Dragonplate и твердым углеродным волокном

При использовании различных сердцевин каждый имеет свои сильные и слабые стороны. Обычно движущими факторами являются прочность сердечника на сжатие и сдвиг. Например, если требуется высокая прочность на сжатие (и, следовательно, высокое сопротивление раздавливанию), то сердцевина, скорее всего, должна быть более высокой плотности (здесь хорошими вариантами являются пенопласт высокой плотности или березовая фанера).Если, однако, нужен композит с абсолютно наименьшим возможным весом, а напряжения относительно малы (т.е. низкая нагрузка, высокая жесткость), то лучшим выбором может быть чрезвычайно легкий пенопласт или сотовый сердечник. Некоторые сердечники обладают лучшей влагостойкостью (пенопласт с закрытыми порами), некоторые - лучшей обрабатываемостью (фанера), а другие - высоким отношением прочности на сжатие к весу (бальза). Задача инженера - понять компромиссы в процессе проектирования, чтобы максимально использовать потенциал композитных материалов с сердечником.Тем не менее, для применений с критическим весом часто нет другого варианта, который хотя бы приблизился к потенциальной прочности и соотношению жесткости к весу ламинатов сэндвич-сердцевины из углеродного волокна.

Углеродное волокно Твердое ЛУЧШЕ 82 ЛУЧШЕ 80 ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ

КРИТЕРИИ СРАВНЕНИЯ

ПРОДУКТЫ Жесткость к массе Прочность Измельчение Устойчивость к влаге Звукоизоляция
НАИЛУЧШЕЕ НАИЛУЧШЕ ПЛОХО
Твердое углеродное волокно с высоким модулем упругости ЛУЧШЕ ХОРОШО ЛУЧШЕ НАИЛУЧШЕЕ ПЛОХО
Березовая сердцевина ЛУЧШЕ НАИЛУЧШЕ ХОРОШО ПЛОХО
Бальзовое ядро ​​ ЛУЧШЕ ХОРОШО ЛУЧШЕ ПЛОХО ХОРОШО
Nomex Honeycomb Core НАИЛУЧШЕ ХОРОШО ЛУЧШЕ
Depron Foam Core ЛУЧШЕ Плохо Плохо ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ
Airex Foam Core BEST GOOD ХОРОШО ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ
Divine Core ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ ХОРОШО
Last-A-Foam Core ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ ЛУЧШЕ

Карбоновое волокно

Плюсы и минусы Армированные композиты 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 сферах применения 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 поддается. Под нагрузкой углеродное волокно изгибается, но не остается деформированным. 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.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 слоистых материалов из углеродного волокна, углеродных труб и т. Д.). Для создания оптимизированных деталей и сборок по индивидуальному заказу требуется очень высокий уровень квалификации и специализированные инструменты и оборудование.

Углеродное волокно и металлы

При проектировании 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 на всем протяжении (свойства одинаковы 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.

Детали из углеродного волокна по своим свойствам близки к свойствам стали, а вес - к пластиковым. Таким образом, отношение прочности к весу (а также отношение жесткости к весу) детали из углеродного волокна намного выше, чем у стали или 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, нагрузка и граничные условия для любых компонентов уникальны для конструкции, в которой они находятся. Таким образом, мы не можем обеспечить толщину пластины из углеродного волокна, которая могла бы заменить стальную пластину в вашем приложении. Заказчик несет ответственность за определение безопасности и пригодности любого продукта Dragonplate для конкретной цели.Это достигается посредством инженерного анализа и экспериментальной проверки.

.

Что такое углеродное волокно на самом деле? | TORAYCA®

Фактически, то же самое вещество, которое используется для изготовления свитеров, одеял
и других привычных вещей в жизни, также лежит в основе
этого ультрасовременного материала «углеродное волокно».

Углеродное волокно - это буквально углеродное волокно. Содержание углерода составляет 90% или более для углеродных волокон со стандартным модулем упругости и практически 100% для углеродных волокон с высоким модулем упругости. Азот является первичным элементом, кроме углерода.

Углеродное волокно получают путем обжига полиакрилонитрильного (ПАН) волокна, пекового волокна или другого органического волокна в инертной атмосфере для диссоциации элементов, отличных от углерода. По крайней мере, 90% коммерчески доступных углеродных волокон представляют собой углеродные волокна PAN, изготовленные из волокна PAN, потому что волокно PAN лучше, чем углеродное волокно пека с точки зрения баланса характеристик, стоимости, простоты использования и т. Д. Toray производит углеродные волокна PAN. Фактически, мы являемся лидером в мировой индустрии углеродного волокна как производитель углеродного волокна номер один по характеристикам, качеству и объемам.

Двумя ключевыми характеристиками углеродного волокна являются его превосходная прочность и легкий вес. Удельный вес углеродного волокна составляет около 1,8, что составляет прибл. одна четвертая удельного веса железа 7,8. Углеродное волокно также значительно легче алюминия и стекловолокна с удельным весом 2,7 и 2,5 соответственно. Кроме того, углеродное волокно обладает превосходной прочностью и модулем упругости: его удельная прочность, рассчитанная путем деления прочности на разрыв на удельный вес, составляет прибл.В 10 раз больше удельной прочности железа, а его удельный модуль упругости, рассчитанный путем деления модуля удлинения на удельный вес, составляет прибл. В 7 раз больше железа. Вот почему углеродное волокно - любимый легкий материал, который заменяет обычные металлические материалы. Углеродное волокно обладает множеством других характеристик, таких как устойчивость к усталости, отсутствие ржавчины, химическая и термическая стабильность. Это высоконадежный материал, характеристики которого стабильны в течение длительного времени даже в тяжелых условиях.

Теперь появились Boeing 787 и другие реактивные самолеты, которые значительно легче, экономичнее, гибче с точки зрения дизайна и более удобны благодаря корпусу, главному крылу, хвостовику и другим конструктивным элементам из углеродного волокна. композитные материалы, обладающие преимуществами вышеупомянутых характеристик углеродного волокна.

.

История углеродного волокна, что такое углеродное волокно?

Углеродное волокно восходит к 1879 году. Изобретатель Томас Эдисон использовал углеродные волокна в качестве волокон для первых лампочек (Hegde, 2004). Хотя этим волокнам не хватало прочности на разрыв сегодняшних углеродных волокон, их значительная устойчивость к нагреванию делала эти волокна идеальными для проведения электричества. Углеродные волокна Эдисона были сделаны из материалов на основе целлюлозы, таких как хлопок или бамбук, в отличие от прекурсоров на основе нефти, используемых сегодня.Карбонизация происходила путем обжига бамбуковых волокон при высоких температурах в контролируемой атмосфере. Это метод, известный как «пиролиз», который используется до сих пор. Полученные карбонизированные бамбуковые нити были огнестойкими и способны выдерживать интенсивное нагревание, необходимое для накаливания.


Только в конце 1950-х годов были обнаружены углеродные волокна с высокой прочностью на разрыв. Вискоза стала первым предшественником, использованным для создания этих современных волокон. В конечном итоге его заменили более эффективные материалы, такие как полиакрилонитрил (ПАН) и пек.
Преимущества этих высокопрочных волокон очевидны. Они весили небольшую долю веса стали, но при этом имели гораздо большую прочность на разрыв. Еще одним важным преимуществом углеродного волокна был его высокий модуль упругости или устойчивость к растяжению. Эта неупругость играет важную роль в усилении жестких конструкций, таких как носовые обтекатели гиперзвуковых самолетов.
В последние десятилетия углеродные волокна нашли широкое применение на рынках коммерческих и гражданских самолетов, а также на рынках отдыха, промышленности и транспорта.Углеродные волокна используются в композитах с облегченной матрицей. Композиты из углеродного волокна идеально подходят для применений, где критическими требованиями являются прочность, жесткость, меньший вес и выдающиеся усталостные характеристики. Их также можно использовать в случаях, когда важны высокая температура, химическая инертность и высокое демпфирование. Поставщики Advanced Composites Materials Association опубликовали отраслевую статистику за 1997 год по мировым поставкам углеродных волокон для композитов [1,2]
(Таблица 1).Однако с 1997 по 1999 год в мире наблюдалось замедление спроса на углеродное волокно [3]. По данным Mitsubishi Rayon Co. Ltd. (Токио, Япония), производителя углеродного волокна, мировое потребление для спортивных товаров составляет почти 11 миллионов фунтов углеродного волокна


Таблица 1: Мировые поставки углеродного волокна для композитов

.

Что такое углеродное волокно? | HowStuffWorks

Прежде чем вы сможете понять, как углеродное волокно может помочь в преодолении нефтяного кризиса, вы должны понять, что это такое. Углеродное волокно - это сверхпрочный материал, который к тому же чрезвычайно легкий. Инженеры и дизайнеры любят его, потому что он в пять раз прочнее стали, в два раза жестче, но при этом весит примерно на две трети меньше. Углеродное волокно - это в основном очень тонкие углеродные волокна - даже тоньше человеческого волоса. Пряди можно скручивать вместе, как пряжу.Пряжи можно соткать вместе, как ткань. Чтобы углеродное волокно приобрело постоянную форму, его можно уложить на форму, а затем покрыть жесткой смолой или пластиком (как если бы вы сделали что-то из папье-маше, поместив газетные полосы на форму, а затем добавив паста, чтобы заставить его держать форму).

Большинство автомобильных компонентов изготовлено из стали. Замена стальных компонентов углеродным волокном снизит вес большинства автомобилей на 60 процентов [источник: USA Today]. Это 60-процентное снижение веса, в свою очередь, сократит потребление топлива этим автомобилем на 30 процентов и сократит выбросы парниковых газов и другие выбросы на 10-20 процентов [источник:

.

Пластик, армированный углеродным волокном - Простая английская Википедия, бесплатная энциклопедия

Хвост радиоуправляемого вертолета, сделанный из углепластика

Пластмасса, армированная углеродным волокном ( CFRP или CRP ) - очень прочный, легкий и дорогой композитный материал или армированный волокном пластик. Подобно стеклопластику, для композитного материала обычно используется название его армирующих волокон (углеродное волокно). В качестве пластика чаще всего используется эпоксидная смола, но иногда используются и другие пластики, такие как полиэстер, виниловый эфир или нейлон.Некоторые композиты содержат как углеродное волокно, так и другие волокна, такие как армирующий кевлар, алюминий и стекловолокно. Реже используются термины пластмасса, армированная графитом или пластмасса, армированная графитовым волокном ( GFRP ).

Он находит множество применений в аэрокосмической и автомобильной областях, а также в парусных лодках и, в частности, в современных велосипедах и мотоциклах, где эти качества имеют большое значение. Он также становится все более распространенным в небольших потребительских товарах, таких как портативные компьютеры, штативы, удочки, пейнтбольное оборудование, спортивные рамы для ракеток, корпуса струнных инструментов, струны для классической гитары и корпуса барабанов.

.

Смотрите также

ООО ЛАНДЕФ © 2009 – 2020
105187, Москва, ул. Вольная д. 39, 4 этаж.
Карта сайта, XML.