Карбон углеволокно

Формование из препрегов происходит следующим образом:- производится форма или модель будущей детали из различных материалов (гипс, дерево и т.д.);

— на данную форму накладывают необходимое количество слоев препрега;

— помещают это все в автоклав, и под воздействием высокого давления и температуры осуществляется отверждение препрега;

— отвержденное изделие подвергают отделке и зачистке.

Часто при этом дополнительно используют и вакуумный мешок, это менее безопасно, но имеет ряд преимуществ. Подробнее о использовании вакуумного мешка будет сказано в следующем методе.

При формовании из препрегов одновременно протекают несколько сложных процессов:

• полимеризация компаунда – или отверждение;

• вакуумное удаление излишков смолы и воздуха;

• прижатие слоев к матрице под высоким давлением (порядка 20 атмосфер) для их уплотнения и выравнивания.

Этот метод производства деталей из карбона довольно сложный и финансово затратный процесс, не подходит для массового и серийного производства деталей.


 

Формование в форме с помощью вакуумного мешка

Вакуумный Мешок можно использовать и без автоклава, если поместить все в вакуумный мешок и создать внешнее давление, то мешок равномерно прижмет препрег к форме. Это как поместить деталь в пакет и выкачать из него воздух. Такое формование имеет название формование с помощью вакуумного мешка.

Весь процесс можно разделить на 6 этапов:

• Покрытие формы разделительным веществом (воск, грунтовка и т.д.).

• Раскладывание абсолютно ровно углеткани в форме без морщин, пузырей и других дефектов.

• Каждый слой пропитывается смолой. Слои можно чередовать со стеклотканью, базальтовой тканью и другими композиционными материалами.

• Укладка перфорированной пленки для отжима смолы и воздуха.

• Укладывается впитывающий слой.

• Размещение в вакуумном мешке и подключение насоса.
 

 

Аппликация

 

Этот метод используют для домашнего производства деталей. Он состоит из пяти этапов:

• Подготовительный, включает в себя зашкуривание формы. Обезжиривание и сглаживание острых углов.

• Нанесение соединительного вещества, например, эпоксидной смолы с отвердителем. В противовес предыдущим методам, в которых наоборот наносят разделительные вещества для легкого извлечения карбоновой детали из формы.


• Приклеивание слоев углеткани с помощью эпоксидной смолы и отвердителя.

• Сушка детали.

• Нанесение защитного покрытия (лак или краска).

В результате этого метода карбон утолщает оклеиваемую деталь. Таким методом часто упрочняют капоты, бамперы, приборные доски в автотининге, а также в силу простоты получают и всевозможные другие детали. Даже применяют оклеивание формы из пенопласта, который и остается внутри детали, но оболочка довольно прочная.

 

Другие методы

 

Существует множество других методов, и они постоянно развиваются и совершенствуются. Идет постоянный поиск новых технологий, позволяющих снизить энергозатраты, количество ручного труда и других издержек.

Так, новой технологией стало производство крыльев и хвоста Российского гражданского самолета МС-21. Технология была куплена у австрийской компании FACC. Данная технология является самой передовой в мире, так как обеспечивает экономическую эффективность при обеспечении необходимых свойств материала, все остальные технологии отличаются дороговизной производимых деталей.

Новая технология, называемая как трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM), позволяет экономически выгодно наладить серийное производство таких ответственных деталей самолета, как крылья, хвост и т.д. К этим деталям предъявляются самые жесткие требования, прочность таких деталей должна быть 6000 МПа.


Укрепление углеволокна пластиком по данной технологии позволило добиться получение материала, отвечающим всем требования авиастроения. Кроме того, это позволило снизить себестоимость производства самолетов в целом. Ни одна фирма в мире раньше не производила такие большие и ответственные детали по данной технологии.

Источник: vys-tech.ru

Что такое углеволокно?

Прежде чем Вы сможете понять, как углеродное волокно может помочь решить нефтяной кризис, Вам необходимо понять, что это такое. Углеволокно или «углеродное волокно» или по-простому «карбон» (точнее, карбоновое волокно) — это суперпрочный материал и одновременно очень лёгкий материал. Инженеры и дизайнеры очень его любят, поскольку он аж в пять раз прочнее стали и в два раза жёстче, но весит примерно на две трети меньше. Углеродное волокно — это, в основном, очень тонкие нити углерода — настолько тонкие, что они тоньше даже, чем человеческий волос. При этом, нити углеволокна могут быть скручены вместе, словно пряжа, как ткань. Останется только придать карбону постоянную форму, и делается это с помощью пластика или жёсткой смолы (вроде того как бы Вы сделали что-то из папье-маше, придавая ему форму).


Большинство автомобильных компонентов изготовлено из стали. Замена стальных деталей кузова на углеволокно снизило бы вес большинства автомобиля максимум на 60 процентов. А 60-процентное падение в весе, в свою очередь, снизило бы расход топлива машины на целых 30% и, соответственно, сократило бы выбросы парниковых газов и другие на 10-20% (по данным Oak Ridge National Laboratory). На самом деле, в глобальных масштабах это была бы огромная экономия топлива, даже несмотря на то, что двигатель автомобиля оставался бы чугунно-стальным/алюминиевым. Снижение веса автомобиля вкупе с повышением эффективности использования топлива с учётом развития различных видов двигателей — вот как современный карбон может решить нефтяной кризис.

Но подождите! Если углеволокно, действительно, настолько полезно, то почему оно не так широко применяется в автомобилях на сегодняшний день?

Насколько безопасно углеволокно?

Безопасность является серьёзной проблемой для покупателей автомобилей. Автомобиль, который получает расходует на 30% меньше топлива, безусловно, очень и очень хорошо, но он не принесёт Вам много хорошего, если не поможет спасти Вашу жизнь в аварии. Хорошей новостью является то, что углеродное волокно так же безопасно, как и сталь. Моделирования краш-тестов и реальные краш-тесты показывают, что карбоновые автомобили так же хорошо сохраняются при ДТП, как и стальные автомобили. На самом деле, почти все гоночные автомобили Формулы Один выполнены из углеродного волокна, что подтверждает безопасность этого материала.


Минусы углеволокна

Если вернуться из будущего в настоящее, то Вы можете заметить, что сегодня очень редкий автомобиль на самом деле построен из карбона. По правде говоря, всего несколько десятков моделей машин, использующих углеволокно, доступны для продажи. Среди них BMW M6, где небольшие панели углеродного волокна применены для защиты кузова, Chevrolet Corvette ZR1 и Ford GT. Audi R8 также включает в себя некоторые детали из карбона.

Что общего имеют эти автомобили? Правильно, они стоят много денег — порядка нескольких миллионов рублей. Сегодня можно редко увидеть автомобиль из углеродного волокна, потому что это дорого! 15 лет назад углеродное волокно стоило около $300 за килограмм. Сейчас цена составляет около $20 за кило. Сталь, с другой стороны, стоит меньше, чем 20 рублей за килограмм (речь не о ломе чёрного металла, конечно, а о высококачественной стали для изготовления авто). Многие аналитики говорят, что для того, чтобы углеволокно стало широко использоваться в автомобилестроении, нужно, чтобы сделать его цена опустилась хотя бы примерно до 1 доллара за килограмм. Стоимость является основным препятствием, которое углеродного волокну ещё предстоит преодолеть, прежде чем оно сможет обеспечить жизнеспособное решение для энергетики в автомобилестроении.

Второе препятствие — это утилизация отходов. Что происходит, когда типичный автомобиль стареет и, таким образом, приходит в негодность — ржавеет? Верно, его сталь может быть расплавлена и использована для производства другого автомобиля (или здания или чего-нибудь ещё).
леволокно, в свою очередь, не может быть расплавлено, и пока никто не придумал, где можно использовать вторичное сырьё из него. После переработки утилизированное углеволокно не так прочно, как это было до переработки. Таким образом, большее число машин, использующих карбон, позволит сэкономить много нефти, но это также может генерировать много отходов.

На фоне таких недостатков углеволокна производители автомобилей смотрят и на другие материалы, чтобы сделать автомобили легче. И один из таких материалов — алюминий. Хотя алюминий не так прочен, как сталь, он всё же гораздо легче. Что делает его хорошим материалом для некоторых компонентов автомобиля, в том числе деталей двигателя и некоторых узлов шасси машины. Так как алюминий не очень прочен, его нельзя применять везде, где сегодня используется сталь, но его низкая стоимость и лёгкий вес позволяют ему довольно широко распространиться в современных автомобилях. Но ещё у алюминия есть свой существенный недостаток — он «устаёт»; это означает, что в алюминии (как и в любом другом металле) появляются микротрещины, которые со временем под нагрузкой разрастаются, и приводят попросту к перелому детали (почитайте про недостатки алюминиевых рам велосипедов — Вы найдёте более подробную информацию о таком свойстве алюминия).


Источник: HowCarWorks.ru

Стекловолокно, стеклопластик, fiberglass

лист стекловолокна   Самый распространенный и как следствие, самый дешевый из композитных материалов. Несмотря на свою дешевизну хороший стеклопластик обладает практически такими же прочностными свойствами как и карбон или кевлар только примерно на 50 — 70% тяжелее их. Удельная масса формованного стекловолокна около 2.5 кг на дм3, удельная прочность превосходит прочные сорта сталей в 1.5 2 раза. Стекловолокно встречается как в виде простых однонаправленных волокон, так и в стеклотканях. Стеклоткани имеют различные плетения с различной прочностью в перпендикулярных плоскостях. Также выпускают различные виды стеклохолстов и стекломатов, в которых волокна имеют хаотичное прессованное расположение, либо рубленных волокон, либо образованных одной непрерывной прессованной нитью.


  При производстве стеклоткани используется парафин и если формовать ее в таком виде, то хороших прочностных характеристик вам не видать. Поэтому стекловолокно необходимо отжечь до полного удаления парафина в муфельной печи, либо приобретать уже отожженную «стеклоткань для эпоксидной смолы». Что настоятельно рекомендуется. Стоимость 1 кг стекловолокна в зависимости от толщины и плетения изделия варьируется от 500 до 5000 руб. Более дорогими получаются очень тонкие листы, так как они продаются погонными метрами и чтоб купить килограмм стеклоткани толщиной 0.02 мм придется отмотать 50 погонных метров ткани.

Карбон, углеродное волокно, углепластик, carbon

лист углеволокна   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 углепластиков выше высокопрочной стали сорта 25ХГСА но значительно меньше ее по весу. удельный вес готового углепластика 1.5 — 2 килограмма на кубический дециметр — у стали 8 кг на кубический дециметр. Разница масс в 4 — 6 раз.


  Прочность карбона в основном зависит от качества применяемой эпоксидной смолы. Самые лучшие углеткани 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, кремнеорганические 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:

Toray
Карбон Nippon Graphite Fiber Corporation
FORMAX
Porcher Industries
Seal SpA
SGL Group
Mapei
Zoltek
Saertex
Ballar
Hexcel Corporation
Taiwan Electric Insulator
A&P Technology
FTS SpA
Epotech
Zyvex Technologies
Isovolta AG

Кевлар — Kevlar

лист кевлара   Пара-арамидное волокно желтоватого цвета, обладающее очень высокой прочностью. Прочность на разрыв до 360 килограмм на миллимметр квадратный. Искусственный аналог приближенный к паутине, или хотя бы созданный при попытках воспроизвести подобный материал. Прочность на разрыв в 3 раза выше прочной стали при той же толщине. Но удельный вес стали в пять раз выше, следовательно при одном и том же весе материалов, кевлар будет в 15 раз прочнее. Спектр применения очень велик. Волокна применяются для армирования резины в автомобильных покрышках, армирование электро-кабелей. Отдельными нитями усиливают ткани различной спец одежды, кевларовые ткани применяются в использовании бронежилетов. Кевларовые перчатки защищают руки от повышенных температур и повреждений острыми предметами. В качестве композитных материалов кевларовые волокна применяют в основном в смеси с другими материалами: угле и стекловолокном. Прочность кевлара на растяжение в 3 раза выше чем у стекловолокна но при этом он в два раза легче. Кевлар продается в нитях, тканях, лентах и цена за килограм примерно такая же как и у карбона около 5000 руб за килограмм. Расброс цен здесь гораздо выше, так как кевлар используется не только в качестве композиционных материалов, ткани и ленты имеют цену еще и как изделие, а не только как сырье. Например баллистические ткани для бронежилетов.

  Сравнение удельного веса армирующих волокон и разрывной прочности.

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

Случайные статьи
Факты о драгcтерах Top Fuel
Все Ferrari F1 с 1950 года

zero-100.ru © 2019 Ростов на Дону

Источник: zero-100.ru

Что такое углеродные волокна

Улеволокно (карбон) представляет собой полимерно-композитный материал, в основе которого лежат углеродные нити. Имеет наибольшую популярность среди других пластиков и композитов. Имея четырёх кратную прочность на разрыв, чем у наилучших марок стали, углеволокно намного легче железа (на 75%) и алюминия (на 30%).ткань из углеволокна

Углеродные нити достаточно ломкие и поэтому из них создают эластичное полотно. А добавление полимерных связующих составов  позволяет изготавливать углепластик, совершивший революцию во множестве сфер деятельности человека.

Для чего нужен карбон (углеволокно)

Углеродные волокна представляют собой альтернативу традиционным материалам, например, стали, алюминию, стеклопластику и для строительства легких ферм и каркасных конструкций.  Они обладают высокой прочностью, надежностью,  возможностью настройки, и имеют малый вес.

Углеволокно на данный момент пользуется большим спросом у строителей и ремонтников. Подобная популярность обусловлена высокой прочностью материала. Это качество очень важно при обустройстве внешнего армирования кирпичных, железобетонных и деревянных систем.углепластик

Конструкция, оклеенная углеволокном, получает дополнительно до 60 % прочности и до 110 % прочности на сжатие. Хоть и выглядит это не достаточно правдоподобно, все проверки по СНиП и ГОСТ это подтверждают. Поэтому, если собираетесь делать ремонт или занимаетесь строительством, можете в серьез подумать об усилении из карбона.

Усиление прочности конструкции позволяет сократить размеры основания. Углеволокно удерживает на себе значительные нагрузки, самое главное, чтобы было, куда его приклеить. Сокращение необходимого материала за счет использования современного карбона является актуальным мероприятием для отдаленных регионов, куда сложно доставить тяжелые строительные материалы.армирование углеволокном

Помимо этого углеволокно сейчас используют при ремонте несущих элементов из камня. Путем армирования восстанавливаются балки и опоры бетонных мостов. Как правило, используется карбон в промышленности, но может применяться и в частном строительстве, где нагрузки значительно ниже, а значит, запас прочности будет довольно большим.

Достоинства материала

Многие знают о коррозии сборного железобетона, которую вызывает стальная арматура. При использовании сетки из углеродного волокна вместо стальной арматуры результаты получаются превосходными.

  1. Бетонные стеновые панели можно делать намного тоньше.
  2. Вес панелей становиться намного легче (до 75%).
  3. Не требуется дополнительная теплоизоляция потому, что углеволокно не проводит тепло или холод.
  4. Обладает высокой огнестойкостью.
  5. Этот новый материал уже используется для производства стеновых сендвич панелей.

Недостатки

Углеродное волокно также имеет недостатки, которые должны быть приняты во внимание при планировании его использования.

  1. Этот материал довольно дорогой по сравнению с аналогами.
  2. Материал имеет способность отражать электрические волны, что может быть недостатком в некоторых случаях.
  3. Процесс изготовления композитов более трудоемкий, чем изготовление металла.

Источник: instroymatrem.ru



Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.