Время на прочтение: 4 минут(ы)

Карбон, или углеродное волокно — это материал, уникальный во всех отношениях: чрезвычайно прочный, легкий, с неповторимым престижным внешним видом. Этот материал до сих пор окутан определенной секретностью — даже 40 лет назад доступ к нему имели только военные центры и НАСА.

Какие секреты скрывает? Какие у него свойства? Почему его так высоко ценят дизайнеры суперспорткаров?

История углеродного волокна

Углеродное волокно появилось в 1963 году. В то время это была чрезвычайно дорогая технология, предназначенная только для военной авиации и транспортных средств, предназначенных для космических полетов. Элементы из легкого углеродного волокна заменили элементы из тяжелого металла, что позволило улучшить ускорение и повысить скорость.

Команды Формулы 1 заинтересовались углеродом в конце 1970-х годов . Этот материал был впервые использован McLaren при создании MP4 / 1 в 1981 году — новаторского автомобиля Формулы 1, сделанного из карбона (общим весом 585 кг). В настоящее время кузов каждого автомобиля Формулы 1 изготавливается из углеродного волокна.

McLaren также была пионером в применении углеродного волокна в производстве дорожных автомобилей, предназначенных для использования на дорогах общего пользования. В 1994 году McLaren представила спортивный автомобиль, названный в честь гонок в Формуле 1 — McLaren F1 (не путать с автомобилем Формулы 1). Сам кузов этой машины весил около 100 кг. До 2005 года этот автомобиль считался самым быстрым уличным автомобилем. Затем рекорд McLaren F1 (388,5 км / ч) побил другой автомобиль из углеродного волокна — Koenigsegg CCR. CCXR в конечном итоге развил скорость 395 км / ч.

Постепенно углерод стал доступным для композитных компаний. Углеродное волокно было с энтузиазмом внедрено в производство: чехлов для спортивных автомобилей и мотоциклов, велосипедных рам, лыж, теннисных ракеток, удочек, мачт и т. д.

Из чего состоит карбон

Углеродное волокно чаще всего встречается в виде тканей, сотканных из отдельных волокон. Каждое волокно в ткани состоит из 3000 нитей (3k ткани) до 12000 нитей (12k ткани). Одна нитка из углеродного волокна имеет толщину 1/10 волоса (0,005-0,010 мм). Нити, в свою очередь, состоят из сотен тысяч атомов углерода.

Чтобы понять, сколько однородных прядей состоит из углеродных волокон, посмотрите видео, в котором показана рама велосипеда крупным планом, а крупным планом показаны атомы, из которых состоит углеродное волокно.

Виды углеродных тканей

Ткани из углеродного волокна имеют различное переплетение, которое влияет как на внешний вид, долговечность продукта, так и на сам производственный процесс.

Однонаправленные ткани обеспечивают очень высокую прочность вдоль волокон, но низкую прочность в поперечном направлении. Эти ткани очень хорошо смотрятся, когда деталь загружается только в одном измерении (вдоль волокон). Если мы хотим сохранить высокую прочность на изгиб в каждом из размеров, необходимо расположить несколько тканей под разными углами (например, 0, +45, +90, -45). Однонаправленные ткани не обеспечивают эффектного внешнего вида, поэтому их используют дальше, чем верхние слои композита.

Плетение 2/2 (так называемое «саржевое») — это плетение, волокна которого пересекаются под углом 90 градусов. Обеспечивает сбалансированную прочность в различных направлениях и стилистически привлекательный вид композита.

Плетение 1/1 (так называемое «полотняное») — изделие из ткани 1/1 имеет другое расположение углеродных волокон, чем изделие из ткани 2/2. Обычная углеродная ткань предназначена для простых форм из-за низкого растяжения ткани.

Нефильтрованный углепластик дряблый, как клеенка. Только после фильтрации смолой (желательно эпоксидной) углеродная ткань образует прочный композит. Как правило, изготовление элемента из углеродного волокна заключается в помещении ткани в форму и ее фильтрации с помощью смолы (вручную, вакуумным мешком или методом инфузии). Предполагается, что чем меньше смолы в композите, тем больше прочность элемента при заданном весе детали. Например, композит весом 500 граммов, где 60% по весу (300 граммов) составляют ткани, а 40% по весу (200 граммов) — смола, будет прочнее, чем композит весом 500 граммов, где 40% по весу (200 граммов) составляют ткани и 60% по весу (300 граммов) смолы.

«Высшая школа пилотажа» — это pre-preg, то есть ткань уже на стадии производства пропитана смолой, смешанной с медленно схватывающимся отвердителем. Предварительныо образцы хранятся в холодильнике, чтобы они не затвердевали при хранении. Преимущества пре-прега — строго определенное, исключительно благоприятное соотношение веса ткани (армирования) и смолы. Обратной стороной, несомненно, является цена материала и высокая стоимость внедрения пре-прега на производства.

Углеродное волокно Pre-preg используется, в частности, в автомобилях F1 и суперкарах, таких как Paggani и Koenigsegg

Спорт, Автомобили, Вождение, Транспортные Средства, Gt

Раскрываем 9 секретов углеродного волокна

1. Углерод — материал даже в 5 раз прочнее стали (при том же весе элемента).

2. Цены на углеродное волокно, используемое в автомобилях Формулы 1 и суперспортивных автомобилях (так называемые «пре-преги»), достигают 20 000 рублей за м2 

3. Углеродное волокно — отличный проводник

4. Real Carbon имеет черный цвет и «безошибочно» слегка мерцающий внешний вид . Композитный материал другого цвета, кроме черного (например, зеленого или красного), вероятно, является имитацией углерода.

5. Углеродное волокно — чрезвычайно жесткий материал с модулем Юнга 240 ГПа. Чем больше значение модуля Юнга, тем жестче материал. «Высокомодульное» (высокопрочное) углеродное волокно имеет модуль Юнга 500–1000 ГПа. Для сравнения, значение модуля Юнга для стали составляет около 200 ГПа.

6. Углерод имеет низкое тепловое расширение — он будет значительно меньше расширяться или сжиматься в условиях высоких или низких температур, чем такие материалы, как сталь и алюминий.

7. Карбон обладает исключительной устойчивостью к усталости — элементы из углеродного волокна долговечны при длительном использовании.

8. Карбон, как и другие композитные ткани это материал, позволяющий свободно определять прочность элемента в каждой его области — в любых направлениях. Например, рама велосипеда из углеродного волокна будет иметь много слоев ткани в областях наибольшей нагрузки и минимальное количество слоев ткани в областях, не несущих нагрузки. Это позволит оптимизировать и тем самым снизить вес элемента до минимума.

9. У углеродного волокна есть и более слабые стороны — средняя ударопрочность. В случае элементов, подверженных ударам (например, пластины под двигателем автомобилей WRC), используются арамидные волокна (также известные как кевлар).

Поделиться:
Share on VK
VK
Share on Facebook
Facebook
Email this to someone
email

Один ответ к “Карбон 9 секретов — надежность и красота?”

  1. Отличная статья! Недавно искал информацию о различных конструкциях из углеродного волокна. Помимо Dreamliner для автомобилей F1, я нашел только о самом длинном мосте. Сделанном из углеродного композита. Он находится в Испании.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *