Углепластик
УГЛЕПЛАСТИК
Углепластик — полимерный композиционный материал из переплетенных нитей углерода, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол.
Основная составляющая часть углепластика – это нити углерода (по сути, тоже самое что и, например, стержень в карандаше). Такие нити очень тонкие, сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и проч.). Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол. Применяется для изготовления лёгких, но прочных деталей, например: кокпиты и обтекатели в Формуле 1, спиннинги, мачты для виндсерфинга, бамперы и пороги на спортивных автомобилях, несущие винты вертолётов.
Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Температурная обработка состоит из нескольких этапов. Первый из них представляет собой окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
После окисления следует стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур. Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600-3000°С, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.
Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков. Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна. Детали из карбона обходятся значительно дороже аналогичных деталей из стекловолокна. «Дороговизна» карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов.
Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклотканью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудования, к примеру, такое как автоклав.
Недостатком карбона является боязнь "точечных" ударов. Например, капот из карбона может превратиться в решето после частого попадания мелких камней. В отличие от металлических деталей или деталей из стеклоткани, восстановить первоначальный вид карбоновых деталей невозможно. Поэтому, после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком. Кроме того, детали из карбона подвержены выцветанию под воздействием солнечных лучей.
Применение
- Корпус зеркала гоночного автомобиля из углепластика;
- Используется вместо металлов во многих изделиях, от частей космических кораблей до удочек;
- ракетно-космическая техника;
- авиатехника (самолетостроение, вертолетостроение);
- судостроение (корабли, спортивное судостроение);
- автомобилестроение (спортивные автомобили, мотоциклы, тюнинг и отделка);
- наука и исследования;
- спортивный инвентарь (велосипеды, удочки);
- медицинская техника;
- рыболовные снасти (удилища);
- телефоно- и ноутбукостроение (отделка корпусов).
Углепластик (углеродопласт) — композиционный материал на основе углеродного волокна и синтетической смолы.
Также называют — карбоном или карбонопластиком.
Плотность от 1450 кг/куб.м.
Материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малым весом, часто прочнее стали, но гораздо легче(по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА).
Вследствие дороговизны (1 кг отечественной угольной ткани = 8…10 т.р.), этот материал применяют обычно в качестве усиливающих дополнений в основном материале конструкции (не всегда, а только при экономии средств и отсутствия необходимости получения максимальных характеристик).
Производство
Прессование.Углеткань выстилается в форму, предварительно смазаную антиадгезивом (например, мыло, воск, воск в бензине, Циатим-221, кремнийорганические смазки). Пропитывается смолой. Излишки смолы удаляются в вакууме(вакуум-формование) или под давлением. Смола полимеризуется, иногда при нагревании. После полимеризации смолы изделие готово.
Контактное формование:На примере изготовление бампера: берется металлический исходный бампер(-"болван"), смазывается разделительным слоем. Затем на него напыляется монтажная пена (гипс, алебастр,…). После отверждения — снимается — это матрица. Затем ее смазывают разделительным слоем и выкладывают ткань. Ткань может быть предварительно пропитанной, а можно пропитывать кисточкой или поливом прямо в матрице. Затем ткань прокатывается валиками — для уплотнения и удаления пузырьков воздуха. Затем полимеризация (если отвердитель горячего отверждения, то в печке, если нет то при комнатной температуре — 20 гр. Цельсия). Затем бампер снимается, если надо — шлифуется и красится.
Трубы и иные цилиндрические изделия производят намоткой.
Форма волокна: нить, лента, ткань.
Смола: эпоксидная.
Возможно изготовление форм из углепластика в домашних условиях, при наличии опыта и оборудования.
Применение
Используется вместо металлов во многих изделиях, от частей космических кораблей до удочек
- ракетно-космическая техника;
- авиатехника (самолетостроение, вертолетостроение);
- судостроение (корабли, спортивное судостроение);
- автомобилестроение (спортивные автомобили, мотоциклы, тюнинг и отделка);
- наука и исследования;
- спортивный инвентарь (велосипеды, удочки);
- медицинская техника;
- рыболовные снасти (удилища).