Fibra de carbon (sau fibra de carbon) este alcătuită din multe fire fine (0,09 mm diametru) de carbon care are rezistența oțelului aliat la o greutate mult mai mică (aproximativ la fel ca aluminiul). Aceste fire sunt țesute în fibră; rezultatul este o țesătură foarte rezistentă. Fibrele pot fi aranjate aleator, sau pot fi sub formă de țesut.
Materialul de pornire pentru producerea fibrei de carbon este poliacrilonitrilul, o substanță albă cu proprietăți care amintesc de lână. Se încălzește de mai multe ori într-un mediu de gaze inerte. În prima etapă, la o temperatură de +260°C, structura substanței este modificată (la nivel molecular), apoi la +700°C, atomii de carbon sunt „forțați să elibereze” hidrogen. Treptat, de-a lungul mai multor timpi de încălzire, se aduce la +3000°C - acest proces se numește grafitizare. Ca rezultat, există mai mult carbon și legăturile dintre atomii săi sunt mai puternice. Mai simplu spus, fibra de carbon poate fi considerată fibră de carbon care a fost încălzită până la carbonizare.
Caracteristicile carbonului și aplicare
Una dintre principalele calități pozitive ale carbonului este rezistența sa ridicată, ajungând la 1500 kg/metru cub. m. În același timp, rezistența la tracțiune ajunge la 1800 mPa. Limita de temperatură a acestui material este de +2000°C. Firele din fibră de carbon funcționează bine doar în tensiune, așa că realizarea unei structuri rigide este foarte problematică. Carbonul este destul de fragil și se sfărâmă la impact, așa că este aproape imposibil să reparați piesa. Odată cu expunerea constantă la radiațiile ultraviolete, fibra de carbon își pierde culoarea inițială. Cu toate acestea, proprietățile pozitive le depășesc pe cele negative; Acest lucru este confirmat de fabricarea de discuri și plăcuțe de frână pentru mașini sport, ca să nu mai vorbim de tehnologia spațială.
Una dintre caracteristicile carbonului este greutatea sa specifică (sau densitatea țesăturii), exprimată în g/mp. m. Acest parametru depinde de grosimea fibrei, care poate conține câteva mii de fire. De exemplu, dacă marcajul conține denumirea 2K, atunci fibra conține 2000 de fire. Cea mai durabilă fibră de carbon este desemnată prin abrevierea UHM. Pe lângă densitate, o caracteristică importantă este metoda de țesut a firelor (este absentă în cel mai ieftin material).
La reglarea vehiculelor, tipurile de țesut cel mai des utilizate sunt Twill, Satin și Plain. Cel mai frecvent număr de fire dintr-o fibră este de la 1 la 24K. Cel din urmă tip de țesătură este utilizat pe scară largă în fabricarea de echipamente militare care suferă un stres enorm.
Șoferii pentru care aspectul unui vehicul este important sunt bine conștienți de mijloacele folosite pentru reglarea externă și internă. Unul dintre cele mai cunoscute materiale spectaculoase folosite la tuning este fibra de carbon. Pentru ca materialul să fie la înălțimea așteptărilor pentru transformarea mașinii, trebuie să cunoașteți avantajele și dezavantajele, deoarece carbonul nu este doar un instrument unic de reglare, ci și o modalitate de a ușura structura mașinii, făcându-l mai puternic.
Caracteristicile carbonului
Denumirea materialului, „carbon”, este o expresie simplificată de origine engleză (carbon fiber – „carbon fiber”). Acest cuvânt poate însemna o varietate de materiale cu caracteristici fizice și chimice similare. Cu toate acestea, toți indicatorii ne permit, de asemenea, să clasificăm materialul ca grup de materiale plastice.
Substanța comună care permite clasificarea carbonului în această grupă este umplutura din fibră de carbon, dar lianții utilizați în carbon vor diferi. Deoarece nu există încă o clasificare strict stabilită a materialelor din grupa fibrelor de carbon, filmul de polietilenă cu filamente de carbon lipite poate fi inclus și în acest grup.
Carbonul își datorează apariția în sectorul auto, în special în munca de tuning, utilizării sale în industria de apărare, iar apoi meritele materialului au fost apreciate în alte domenii, inclusiv în nișa sport și tuningul auto.
Descrierea materialului
Carbonul este format din fire de carbon intretesute in cantitati mari, iar fixarea intre un numar mare de fire se face cu rasina epoxidica. Pentru a asigura cea mai mare rezistență a materialului, firele trebuie așezate la un anumit unghi. Astfel, componenta principală a materialului compozit este un fir de carbon care nu poate fi rupt sau rupt. Utilizarea tehnologiilor moderne ne permite să producem material de tuning cu o mare varietate de modele și reliefuri.
Avantaje și dezavantaje
Înainte de a utiliza materialul, ar trebui să învățați proprietățile și caracteristicile de bază ale lucrului și funcționării materialului și obiectelor prelucrate cu carbon.
Țeserea specială oferă materialului o rezistență ridicată și oferă un avantaj indubitabil față de alte materiale, inclusiv metalul.
Carbonul este ușor - cu 50% mai ușor decât oțelul și cu 20% mai ușor decât aluminiul.
O altă proprietate remarcabilă este rezistența sa specială la tracțiune. O piesă realizată din carbon are proprietăți îmbunătățite pentru consumatori. Acești indicatori ai compozitului fac posibilă implementarea cu succes a acestuia în domeniul sporturilor cu motor.
Materialul este un mijloc recunoscut de a oferi siguranță suplimentară piloților de mașini sport și are, de asemenea, un impact asupra îmbunătățirii performanței sportive, deoarece greutatea vehiculului sport are un impact enorm asupra asigurării stabilității maxime a mașinii.
Cu toate acestea, utilizarea carbonului are și dezavantajele sale. În primul rând, vorbim despre costul ridicat al compozitului, bazat pe complexitatea tehnologiilor unice utilizate în producție, precum și despre costul ridicat inițial al materiilor prime: la lipirea între straturi de carbon, rășini scumpe cu îmbunătățiri. se folosesc caracteristici de calitate.
În ciuda rezistenței sale, fibra de carbon ar trebui să evite impacturile precise, precum și impacturile mecanice rapide semnificative. Astfel, daunele pot fi cauzate chiar dacă o piatră mică lovește cu precizie o parte a mașinii care conține un element de carbon.
Un alt pericol de care merita protejat suprafata carbonului sunt razele soarelui. Impactul lor este dăunător aspectului produselor realizate din acest material. Dacă nu iei măsuri pentru a-ți proteja mașina de soare direct, aspectul va fi stricat într-o perioadă scurtă de timp.
Domenii de aplicare a carbonului
După cum am menționat deja, șoferii cunosc bine acest material, datorită utilizării sale în lucrările de reglare. Aprecierea ridicată a aplicațiilor practice a contribuit la o creștere bruscă a popularității materialului. În prezent, problema trecerii de la utilizarea în tuning la utilizarea în producția de masă a mașinilor este relevantă.
Principalele caracteristici care contribuie la extinderea utilizării carbonului sunt:
- rezistența și ușurința materialului;
- posibilitatea de a aplica un model decorativ pentru a îmbunătăți aspectul;
- capacitatea de a străluci în lumină datorită reflectării razelor de către suprafața a numeroase fire;
- exclusivitate de culoare și aspect.
Aceste abilități au fost evaluate de producătorii de automobile, precum și de organizațiile care lucrează în sectorul auto. Utilizarea fibrei de carbon pentru utilizatorii obișnuiți înseamnă tehnologie avansată și inovație de la o companie de îmbunătățire a automobilelor.
Videoclip despre utilizarea fibrei de carbon
Trebuie remarcat faptul că fibra de carbon, clasificată ca fibră de carbon, are multe materiale înrudite care sunt incluse în același grup și au caracteristici de consum similare.
Ce este carbonul?
Carbonul este o țesătură tehnică formată din mii de fibre de carbon împletite pentru a forma aceeași țesătură. Fibra de carbon vine într-o mare varietate de țesături, în funcție de aplicația vizată și este doar o parte a unui material structural care include multe părți cunoscute ca materiale compozite. Compozitele sunt realizate din componente care combină calitățile diferitelor materiale, iar scopul este evitarea rigidității sau obținerea rezistenței. In cazul carbonului, fibra de sticla, Kevlar sau alte tesaturi similare, materialul compozit in cauza se numeste FRP (Fiber Reinforced Polymer). La producerea unui astfel de polimer, țesătura este utilizată pentru a „întări” rigiditatea structurală a substratului de rășină. Rășina oferă rezistență compozitului, în timp ce carbonul adaugă integritate structurală plasticului altfel fragil.
Cum se produce carbonul?
Fibra de carbon (fibră de carbon), după cum sugerează și numele, este o țesătură constând numai din cărbune și nu are alte elemente în compoziția sa. Dar începerea producției pur și simplu cu fibră de carbon și crearea unei țesături cu fibre întrețesute ar fi o adevărată, dar evazivă, ispravă. În loc să folosească fibra de carbon ca materie primă, fabricile de textile încep cu materiale plastice cu o compoziție moleculară mai complexă, unde grosimea firului este mai mică decât grosimea unui păr uman. Apoi sunt necesare o serie de acțiuni specifice, de la tratamentul termic până la tratamentul chimic. Rezultatul final al acestor procese complexe este rafinarea compoziției materialelor polimerice până la forma sa cea mai empirică - forma de carbon pur.
Carbonul este adesea măsurat și vândut pe baza mai multor criterii, tipul de țesătură de fibre, valori absolute (măsurând rezistența unei singure fibre) și greutatea țesăturii. Toate măsurătorile sunt exprimate în uncii pe yard pătrat, plus numărul de fibre (de obicei variind de la 3.000 la 12.000 de fibre).
Ce tipuri de țesături există?
țesătură unidirecțională:
Țeserea unidirecțională înseamnă că toate fibrele de carbon sunt direcționate în aceeași direcție. Țeserea în acest stil nu este vizibilă cu ochiul liber. Deoarece nu există țesere ca atare, firele de fibre trebuie să fie ținute împreună cumva. Și în acest caz, este necesar să trageți un alt fir în diagonală sau perpendicular, astfel încât materialul să rămână neted și uniform (și acest element de țesut nu este structural). Datorită faptului că materialul este rigid într-o singură direcție, acest tip de țesătură este rar folosit în sporturile cu motor, unde sarcina poate merge în orice direcție.
Țeserea fibrelor bidirecționale:
Carbonul cu țesătură bidirecțională este tipul de bază și cel mai comun de țesătură de fibre. Șuvițele sunt împletite între ele la unghiul necesar, datorită căruia țesătura primește o structură de tip „tablă de șah”, unde firele țesăturii sunt așezate lateral și vertical. În acest caz, toate fibrele sunt direcționate în așa fel încât sarcina să poată fi aplicată în orice direcție, în timp ce materialul compozit trebuie să-și mențină rezistența.
Țeserea în diagonală în două prin două fire
Țesutul diagonal doi câte doi este cel mai comun tip de țesătură din fibră de carbon și este utilizat pe scară largă în sporturile cu motor. Această țesătură este puțin mai complexă în comparație cu fibra bidirecțională deoarece două fire trec peste celelalte două fire, fie una peste două, fie două peste una. Ca urmare a acestei împletiri de fire, pe țesătură se creează un model în formă de oase. Datorită faptului că țesând două câte două fire în diagonală atât cu fire verticale cât și orizontale (fir de urzeală și bătătură), țesătura devine foarte flexibilă și poate lua diverse forme complexe. Când lucrați cu fibră de carbon de acest tip de țesut, nu este necesar să efectuați lucrări precum „ambalare”, „întindere” sau tăiere.
Se țese în diagonală în patru până la patru fire
Similar cu țeserea în diagonală în două până la două fire, și anume în patru până la patru fire, acest tip se referă la o țesătură diagonală pe două fețe, în care un pachet include patru fire. Rezultatul este că țesătura nu este la fel de densă ca o țesătură de două câte două, dar cu suprafețele curbate se obține un raport de acoperire mai bun, deoarece există mai mult spațiu între punctele de țesere de deasupra și de dedesubt, ceea ce este mai eficient deoarece este mai puțin. realizat.cusături dure. Acest lucru facilitează acoperirea cu carbon a pieselor turnate curbate.
Țesătură cauciucată
Țesătura de carbon cauciucat este o modalitate foarte specifică de a face țesătură, care este mult mai puțin comună în comparație cu toate tipurile de țesături pe care le discutăm. Țesătura din fibre cauciucate înseamnă că fiecare șuviță este alcătuită din între 3.000 și 12.000 de fire, fiecare fir așezat strâns într-un rând, unul după altul, pentru a forma cea mai fină bandă de carbon. Șuvițele standard sunt unite între ele prin mai multe straturi de fibre de carbon. Materialul cauciucat poate fi identificat prin prezența unor zone larg deschise. Modelul eșalonat al fibrei de carbon bidirecționale cu o structură de material cauciucat creează secțiuni pătrate de un inch.
Deoarece țesătura își pierde din densitatea din cauza dimensiunii mari a acestor zone de țesut, punctele de țesut „de sus și dedesubt” sunt situate la o distanță mare unul de celălalt. Deci, punctele de intersecție ale firelor sunt situate la o distanță unul de celălalt, frecvența schimbărilor de direcție este mult redusă, iar țesătura poate adera mult mai strâns la suprafață.
După cum este descris pe site-ul web al unui furnizor englez de materiale și polimeri, „țesăturile cauciucate câștigă popularitate în domeniul compozitelor de înaltă tehnologie datorită profilului lor incredibil de plat, care elimină practic așa-numitul „efect de copiator” și efectul de anumite texturi pe suprafețe care necesită o netezime perfectă (de exemplu, aripi de avion).
Deoarece stratul de țesătură este mult mai subțire, este posibil să stratificați un strat peste alt strat și astfel să obțineți caracteristicile de rezistență necesare. Acest tip de carbon este adesea folosit în zonele în care caracteristicile aerodinamice prevalează asupra celor de rezistență. Materialul cauciucat are un aspect diferit de cel standard, care provoacă imediat fie dragoste, fie ură.
Diverse rășini
Țesătura de carbon este doar o componentă a materialului compozit la care se face referire atunci când vorbim despre sport cu motor și curse de pistă. O altă componentă importantă este rășina, care îmbogățește materialul în sine și îi conferă o rigiditate reală. Rășinile sunt folosite în diverse „vase” polimerice. Cele două materiale cel mai frecvent utilizate sunt rășina epoxidice și rășina poliesterică. Oricine a lucrat vreodată cu fibra de sticlă pentru a-și repara pur și simplu placa de surf sau piesa mașinii știe că această rășină poate fi o problemă reală. Compușii organici volatili (COV) sunt vapori care sunt un semn distinctiv al multor rășini, deși există unii care sunt disponibile gratuit și care nu conțin aceste substanțe chimice care dăunează creierului. Aproape toată lumea cunoaște efectul opus al lucrului cu rășină, atunci când nu se folosește echipamentul personal de protecție adecvat, dar se dezvoltă hipersensibilitate și alergii. Și aceste cazuri au devenit atât de banale încât auzim adesea glume despre oameni care nu pot sta în camera în care lucrează cu rășină.
Rășină epoxidică
Rășina epoxidică este cea mai comună rășină structurală multifuncțională. Ca și în cazul tuturor tipurilor de rășini, este o soluție din două părți de rășină și catalizator. Timpii de reacție variază, dar depind direct de condițiile de mediu. Perioada de valabilitate (timp de lucru) este în general între cinci și treizeci de minute. În general, influența termică accelerează întotdeauna procesul de „maturare”, dar întregul proces de priză durează de obicei, nici mai mult, nici mai puțin, ci o zi întreagă (24 de ore) - dacă amestecul nu este afectat în niciun fel. În comparație cu rășina poliesterică, rășina epoxidică este mai durabilă, dar necesită răbdare atunci când lucrezi cu ea.
Rasina de poliester
Rășina poliesterică este o alternativă mai ieftină la rășina epoxidică cu un timp de întărire rapid. Este folosit în principal în situațiile în care integritatea structurală este la primă față de estetică, așa cum afirmă easycomposites.co.uk: „Cu toate acestea, există situații în care o structură tip sandwich este de cea mai mică importanță și proprietăți precum aspectul aspectului, rezistența la UV și prețul. vin pe primul loc ca importanță.”
Preimpregnate (țesături preimpregnate)
Unele țesături din fibră de carbon pot fi produse ca soluții de rășină pre-impregnate, unde catalizatorul este un tratament termic. Preimpregnatele sunt utilizate în multe industrii ale compozitelor, deoarece nu necesită procese complicate, iar mizeria este redusă la minimum prin simpla amestecare a rășinilor și așezarea țesăturii umede în straturi.
Preimpregnatele sunt, de asemenea, materialul de alegere în industriile în care greutatea este o problemă. Astfel de domenii includ aviația, unde cea mai mare parte a masei pieselor este mai degrabă rășină decât țesătură. Având în vedere minimul necesar pentru impregnarea temeinică și uniformă a țesăturii cu rășină, preimpregnatul poate fi utilizat pentru a crea cea mai durabilă și mai ușoară structură.
Procese de producție
Display-uri umede
În mod tradițional, bucățile mici sunt așezate în timp ce sunt umede, împreună cu o formă concavă, apoi este creat un dop (dar asta este o altă poveste). Pânza uscată este plasată în interiorul matriței. Rășina se aplică cu o pensulă până când materialul este complet îmbibat sau saturat cu ea. Următoarele straturi de material sunt plasate deasupra primului strat, menținând în același timp direcția de țesere: 45 de grade pentru țesătură bidirecțională și 90 de grade pentru țesătură twill. Dacă straturile de țesătură nu se potrivesc în direcție, partea rezultată își va pierde rigiditatea de-a lungul unei axe și va fi prea întărită de-a lungul celeilalte.
După ce ați așezat astfel cât mai multe straturi de țesătură necesare pentru a obține grosimea dorită, excesul de rășină este îndepărtat cu o racletă ca și cum ați îndepărta apa de pe parbriz. Piesa este apoi ambalata sub vid sub presiune joasa. Ca rezultat, rășina umple toate golurile de aer rămase, înlocuind astfel cele mai mici bule de aer și excesul de rășină este eliminat.
În unele cazuri, toate aceste manipulări sunt efectuate în ordine inversă. Țesătura uscată este pusă în pungi cu vid într-o matriță înainte de aplicarea rășinii. Datorită acestei metode, nu există deșeuri sau murdărie. În etapa finală, are loc tratamentul termic. Toate piesele sunt „coapte” în interiorul cuptorului sub presiune, așa-numita autoclavă, iar rășina este complet fixată.
Deși majoritatea nu au acces la echipamente specializate, proceduri precum ambalarea cu vid și coacerea în autoclavă sunt opționale pentru piesele de lucru a căror structură nu trebuie să îndeplinească cerințe specifice.
Domenii de aplicare
Carbonul și-a câștigat puterea în industria auto. În piața de schimb, carbonul este cel mai des folosit material pentru acoperirea pieselor. Piese de caroserie, piese de ornamente interioare - și toate acestea sunt realizate din fibră de carbon, care oferă mașinii cel mai înalt aspect de clasă. Din punct de vedere funcțional, piesele din carbon sunt folosite în aproape toate domeniile - de la industria auto, continuând până la construcțiile navale și terminând cu aviația.
Carbonul este utilizat în construcția scaunelor de curse, arborilor de transmisie, dispozitivelor de siguranță, cum ar fi căștile și tetierele (tetiere), și chiar și tehnologia cu arc compozit începe să folosească carbonul pentru sistemele de suspensie.
Carbonul nu este un panaceu
Atractivitatea carbonului este atât de mare pentru mulți încât astăzi există tendința de a folosi greșit acest material în zonele în care cea mai bună soluție este încă un aliaj metalic. Carbonul, și în special rășina, nu se descurcă bine în medii cu temperaturi ridicate, scuturi termice, componente de evacuare sau orice alte piese ale motorului. Atunci când carbonul este selectat ca materie primă în aceste cazuri, condițiile de funcționare trebuie evaluate foarte atent. Există rășini rezistente la căldură, dar domeniul lor de aplicare are încă limitările sale.
Rezistența la impact
Carbonul se poate lăuda că această expresie (deja un slogan) corespunde pe deplin esenței sale: cu cât aluminiul este mai ușor, cu atât oțelul este mai puternic. Deși acest lucru este într-adevăr adevărat, este important să înțelegem că vorbim despre rezistența la tracțiune și nu duritatea sau rigiditatea. Din punct de vedere ingineresc, „durabilitate” este un termen tehnic care se referă la rezistența la uzură, deoarece acest compozit este un laminat de poliester armat a cărui rezistență la impact este scăzută. Și chiar și o lovitură de punct slab poate duce la decojirea și, în cele din urmă, la defectarea materialului. Din acest motiv, carbonul nu poate fi folosit pentru a crea plăci de bază pentru a cincea, rezistente la uzură sau reutilizabile, de calitate satisfăcătoare, pentru producerea diferitelor componente de suspensie sau pentru orice alte piese care sunt utilizate în condiții de încărcare maximă.
Conductivitate
Carbonul este un material conductiv! Carbonul pur este extrem de eficient în transferul de căldură singur. De exemplu, o capotă din fibră de carbon se poate încălzi foarte rapid până la câteva sute de grade la soare. Razele ultraviolete pot deteriora compozitul, îngălbenindu-l sau provocând crăparea rășinii, așa că deformarea este un defect comun. În aviație, multe piese din fibră de carbon sunt acoperite cu vopsea albă lucioasă, deoarece căldura generată de expunerea la razele UV poate deforma cadrul și poate avea un impact negativ asupra caracteristicilor aerodinamice. În plus, razele UV pot schimba structura aeronavei într-un alt mod.
Carbonul este, de asemenea, un material conductiv electric. S-ar putea să fii confuz cu privire la modul în care un compozit pe bază de plastic poate deveni brusc conductor de electricitate, dar țesătura pură din fibră de carbon deschide calea pentru electricitate, chiar dacă carbonul este îmbogățit cu un polimer izolator. Când fibra de carbon este selectată ca suprafață pentru electronice sau ca carcasă a ventilatorului de răcire, asigurați-vă că există o conexiune de masă care nu „trece” prin fibra de carbon. O anecdotă din viața reală: am asistat odată la un incendiu aproape în motorul unui proprietar de camion Geiser Trophy, pentru că pur și simplu nu credea că carbonul este un material conducător, iar un incendiu de rășină nu este o glumă.
Lucrul cu carbon
Dacă fibra de sticlă a intrat vreodată în contact cu pielea ta, atunci știi cât de iritante pot fi aceste particule invizibile. Și carbonul este mult mai rău! Evitați să atingeți marginile rupte ale fibrei de carbon sau ale fibrei tăiate cu mâinile goale.
Când comandați țesătură din fibră de carbon, este important să vă asigurați că vine în role, cum ar fi hârtia de împachetat. Carbonul ambalat în pliuri va avea pliuri și, ca urmare, integritatea structurală a fibrelor sale pliate va fi compromisă. Urmați aceste instrucțiuni atunci când manipulați materialul și păstrați materialul curat pentru a evita praful și amprentele grase, asigurându-vă totodată că se potrivește cât mai bine posibil. Este necesar să amestecați rășina în recipiente mici, ceea ce este norma. Aveți grijă să nu amestecați rășina în recipiente căptușite cu ceară. Ceara reacţionează cu răşinile, determinând întărirea răşinii. Întărirea rășinii este o reacție exotermă, ceea ce înseamnă că căldura este produsă ca produs secundar al reacției chimice. Când amestecați cantități mari de rășină, asigurați-vă că excesul de rășină este ținut departe de zonele de depozitare a materialelor inflamabile, în caz contrar există un risc mare de incendiu.
Concluzie
Cantitatea de cunoștințe de bază la care nici măcar nu am atins-o în acest articol este pur și simplu enormă. Dar sperăm că această prezentare generală v-a oferit o idee mai bună despre ce este fibra de carbon. Este un material extrem de versatil și durabil dacă este manipulat cu înțelepciune. Dar dacă este folosit incorect, devine o adevărată criză. A face piese simple acasă nu este dificil, dar fiți pregătit să petreceți puțin mai mult timp lucrând cu el în comparație cu fibra de sticlă. Luați în considerare totul în proiectul dvs. - obiective, buget. Și abia atunci ia o decizie, fibra de carbon este alegerea potrivită sau vrei doar să adaugi estetică mașinii tale?
Date preluate de pe site: tourerv.ru
Fibra de carbon este un material compozit multistrat, care este o rețea de fibre de carbon într-o carcasă de rășini polimerice termorigide (de obicei epoxidice), polimer armat cu fibră de carbon.
Denumirea internațională Carbon este carbon, din care se obține fibra de carbon.
Dar in prezent, carbonul include tot ceea ce baza de sustinere este fibre de carbon, dar liantul poate fi diferit. Carbonul și fibra de carbon au fost combinate într-un singur termen, provocând confuzie în mintea consumatorilor. Adică carbonul sau fibra de carbon sunt același lucru.
Acesta este un material inovator, al cărui cost ridicat se datorează procesului tehnologic cu forță de muncă intensivă și unei ponderi mari a muncii manuale. Pe măsură ce procesele de producție se îmbunătățesc și se automatizează, prețul carbonului va scădea. De exemplu: costul unui kg de oțel este mai mic de 1 USD, 1 kg de fibră de carbon fabricată în Europa costă aproximativ 20 USD. Reducerea costurilor este posibilă doar prin automatizarea completă a procesului.
Aplicarea carbonului
Fibra de carbon a fost dezvoltată inițial pentru mașini sport și pentru tehnologia spațială, dar datorită proprietăților sale excelente de performanță, cum ar fi greutatea redusă și rezistența ridicată, a devenit larg răspândită în alte industrii:
- în producția de aeronave,
- pentru echipament sportiv: crose, casti, biciclete.
- undite,
- echipament medical etc.
Flexibilitatea țesăturii de carbon, posibilitatea tăierii și tăierii sale convenabile și impregnarea ulterioară cu rășină epoxidică vă permit să modelați produse din carbon de orice formă și dimensiune, inclusiv dvs. Blankurile rezultate pot fi șlefuite, lustruite, vopsite și imprimate flexo.
Caracteristicile tehnice și proprietățile carbonului
Popularitatea plasticului din fibră de carbon se explică prin caracteristicile sale unice de performanță, care sunt obținute prin combinarea materialelor cu proprietăți complet diferite într-un singur compozit - fibra de carbon ca bază portantă și ca liant.
Elementul de armare comun tuturor tipurilor de fibră de carbon sunt fibrele de carbon cu grosimea de 0,005-0,010 mm, care funcționează bine în tensiune, dar au rezistență scăzută la încovoiere, adică sunt anizotrope, puternice doar într-o direcție, deci utilizarea lor. se justifică doar sub forma unei pânze.
În plus, întărirea poate fi realizată cu cauciuc, care dă o nuanță gri fibrei de carbon.
Carbonul sau fibra de carbon se caracterizează prin rezistență ridicată, rezistență la uzură, rigiditate și greutate redusă în comparație cu oțelul. Densitatea sa este de la 1450 kg/m³ la 2000 kg/m³. Caracteristicile tehnice ale fibrei de carbon pot fi observate în caracteristicile de densitate, punct de topire și rezistență.
Un alt element folosit pentru armare împreună cu firele de carbon este . Acestea sunt aceleași fire galbene care pot fi văzute în unele tipuri de fibră de carbon. Unii producători fără scrupule trec fibrele de sticlă colorate, viscoza vopsită și fibrele de polietilenă drept Kevlar, a căror aderență la rășini este mult mai slabă decât cea a fibrei de carbon, iar rezistența la tracțiune este de câteva ori mai mică.
Kevlar este un nume de marcă american pentru o clasă de polimeri aramid înrudiți cu poliamide și lavsan. Acest nume a devenit deja un substantiv comun pentru toate fibrele acestei clase. Armătura crește rezistența la sarcinile de încovoiere, astfel încât este utilizată pe scară largă în combinație cu fibra de carbon.
Cum sunt fabricate fibrele de carbon?
Fibrele formate din cele mai fine filamente de carbon se obțin prin tratament termic în aer, adică oxidarea, a filamentelor polimerice sau organice (poliacrilonitril, fenolic, lignină, viscoză) la o temperatură de 250 ° C timp de 24 de ore, adică practic carbonizare lor. Așa arată un filament de carbon la microscop după carbonizare.
După oxidare, are loc carbonizarea - încălzirea fibrei în azot sau argon la temperaturi de la 800 la 1500 °C pentru a construi structuri similare cu moleculele de grafit.
Apoi grafitizarea (saturarea cu carbon) se realizează în același mediu la o temperatură de 1300-3000 °C. Acest proces poate fi repetat de mai multe ori, îndepărtand fibra de grafit de azot, crescând concentrația de carbon și făcând-o mai puternică. Cu cât temperatura este mai mare, cu atât fibra este mai puternică. Acest tratament crește concentrația de carbon din fibră la 99%.
Tipuri de fibre de carbon. Pânză
Fibrele pot fi scurte, tăiate, lornumit„capsate” sau pot exista fire continue pe bobine.
Acestea pot fi câlți, fire, roving, care sunt apoi folosite pentru a face țesături și benzi țesute și nețesute. Uneori, fibrele sunt așezate într-o matrice polimerică fără întrețesere (UD).
Deoarece fibrele funcționează bine la tensiune, dar slab la îndoire și compresie, utilizarea ideală a fibrei de carbon este să o folosești sub formă de țesătură de carbon.
Se obține prin diverse tipuri de țesere: în țesătură, mată etc., care poartă denumirile internaționale Plain, Twill, Satin. Uneori, fibrele sunt pur și simplu interceptate în cruce cu cusături mari înainte de a fi umplute cu rășină. Corect pentru fibra de carbonÎn funcție de caracteristicile tehnice ale fibrei și tipul de țesut, este foarte important pentru obținerea fibrei de carbon de înaltă calitate.
Ca bază de susținere se folosesc cel mai des, în care țesătura este așezată strat cu strat, cu schimbarea direcției de țesere, pentru a distribui uniform proprietățile mecanice ale fibrelor orientate. Cel mai adesea, 1 mm de grosime a foii de carbon conține 3-4 straturi.
Avantajele și dezavantajele fibrei de carbon
Prețul mai mare al carbonului în comparație cu fibra de sticlă și fibra de sticlă se explică prin tehnologia în mai multe etape mai complexă, consumatoare de energie, rășini scumpe și echipamente mai scumpe (autoclavă). Dar rezistența și elasticitatea sunt, de asemenea, mai mari, împreună cu multe alte avantaje incontestabile:
- 40% mai ușor decât oțelul, 20% mai ușor decât aluminiul (1,7 g/cm3 - 2,8 g/cm3 - 7,8 g/cm3),
- carbonul din carbon și kevlar este puțin mai greu decât carbonul și cauciucul, dar mult mai puternic, iar la impact se sparge, se sfărâmă, dar nu se sfărâmă în fragmente,
- rezistență ridicată la căldură: carbonul își păstrează forma și proprietățile până la o temperatură de 2000 ○C.
- are proprietăți bune de amortizare a vibrațiilor și capacitate termică,
- rezistență la coroziune,
- rezistență ridicată la tracțiune și limită elastică ridicată,
- estetică și decorativitate.
Dar, în comparație cu piesele din metal și fibră de sticlă, piesele din carbon au dezavantaje:
- sensibilitate la impacturi precise,
- dificultate de restaurare în cazul așchiilor și zgârieturilor,
- decolorare, decolorare sub influența luminii solare, acoperit cu lac sau email pentru protecție,
- proces lung de fabricație,
- în locurile de contact cu metalul, începe coroziunea metalului, astfel încât inserțiile din fibră de sticlă sunt fixate în astfel de locuri,
- Dificultate în reciclare și reutilizare.
Cum se face carbonul
Există următoarele metode principale pentru fabricarea produselor din fibră de carbon.
1. Metoda de apăsare sau „umedă”.
Pânza este așezată într-o matriță și impregnată cu rășină epoxidică sau poliesterică. Excesul de rășină este îndepărtat fie prin formare în vid, fie prin presiune. Produsul este îndepărtat după polimerizarea rășinii. Acest proces poate avea loc fie în mod natural, fie accelerat prin încălzire. De obicei, acest proces are ca rezultat foi de fibră de carbon.
2. Turnare
Un model de produs (matrice) este realizat din ipsos, alabastru și spumă poliuretanică, pe care este așezată o țesătură impregnată cu rășină. La rularea cu role, compozitul este compactat și excesul de aer este îndepărtat. Apoi, fie polimerizarea accelerată și întărirea se efectuează într-un cuptor, fie natural. Această metodă se numește „uscat”, iar produsele fabricate din ea sunt mai puternice și mai ușoare decât cele realizate prin metoda „umedă”. Suprafața unui produs realizat prin metoda „uscata” este striată (dacă nu este lăcuită).
Această categorie include și turnarea din semifabricate de tablă - preimpregnate.
Pe baza capacității lor de a polimeriza cu creșterea temperaturii, rășinile sunt împărțite în „rece” și „fierbinte”. Acestea din urmă sunt folosite în tehnologia preimpregnată, atunci când produsele semifabricate sunt realizate sub formă de mai multe straturi de fibră de carbon acoperite cu rășină. În funcție de marca de rășină, acestea pot fi depozitate până la câteva săptămâni în stare nepolimerizată, stratificate cu folie de plastic și trecute între role pentru a îndepărta bulele de aer și excesul de rășină. Uneori, preimpregnatele sunt păstrate în frigidere. Înainte de turnarea produsului, piesa de prelucrat este încălzită, iar rășina devine din nou lichidă.
3. Înfășurare
Firul, banda, materialul sunt înfășurate pe un semifabricat cilindric pentru fabricarea țevilor de carbon. Rășina se aplică strat cu strat cu o perie sau o rolă și se usucă în principal în cuptor.
În toate cazurile, suprafața de aplicare este lubrifiată cu agenți de îndepărtare pentru îndepărtarea ușoară a produsului rezultat după întărire.
Este posibil să faci fibră de carbon cu propriile mâini?
Produsele pe bază de fibră de carbon pot fi modelate singur, care a fost folosită de multă vreme cu succes în repararea bicicletelor, echipamentelor sportive și tuning-ul auto. Capacitatea de a experimenta umpluturi cu rășină și gradul de transparență a acestuia oferă un câmp larg de creativitate pentru fanii tuningului automat din fibră de carbon. Puteți citi mai multe despre principalele metode de fabricare a pieselor din carbon.
După cum urmează din tehnologia descrisă mai sus, pentru turnare este necesar:
- forma matriceala,
- foi de carbon,
- lubrifiant pentru matriță pentru îndepărtarea ușoară a piesei de prelucrat finite,
- răşină.
De unde pot lua fibra de carbon? Taiwan, China, Rusia. Dar în Rusia se referă la „țesături structurale de înaltă rezistență pe bază de fibră de carbon”. Dacă găsești o cale de intrare în întreprindere, atunci ești foarte norocos. Multe companii oferă kituri gata făcute din fibră de carbon pentru mașini și motociclete, inclusiv fragmente din fibră de carbon și rășină.
70% din piața globală a țesăturilor de carbon este produsă de mărci mari taiwaneze și japoneze: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec etc.
În termeni generali, procesul de fabricare a fibrei de carbon cu propriile mâini arată astfel:
- Forma este lubrifiată cu antiadeziv.
- După ce se usucă, se aplică un strat subțire de rășină, pe care fibra de carbon este rulată sau presată pentru a elibera bulele de aer.
- Apoi se aplică un alt strat de rășină de impregnare. Se pot aplica mai multe straturi de tesatura si rasina, in functie de parametrii necesari ai produsului.
- Rășina se poate polimeriza în aer. Acest lucru se întâmplă de obicei în 5 zile. Puteți plasa piesa de prelucrat într-un dulap de încălzire încălzit la o temperatură de 140 - 180 ◦C, ceea ce va accelera semnificativ procesul de polimerizare.
Apoi produsul este scos din matriță, șlefuit, lustruit, lăcuit, gelcoated sau vopsit.
Sperăm că ați găsit un răspuns cuprinzător la întrebarea „Ce este carbonul”?
Irina Khimich, consultant tehnic
Pentru mulți pasionați de mașini, dorința de a-și regla mașina a devenit o adevărată obsesie. Vreau să-mi schimb „calul de fier”, să-l fac mai strălucitor, diferit de ceilalți. Astfel, una dintre cele mai populare domenii ale reglajului extern și intern este utilizarea fibrei de carbon. Dar ce fel de material este, ce avantaje și dezavantaje are, cum poate fi folosit. Să ne uităm la aceste întrebări mai detaliat.
Ce este carbonul și prin ce diferă de fibra de carbon?
Producția unui astfel de material compozit popular a fost stabilită de mult timp. La începutul secolului XX, britanicii din Farnborough au arătat publicului primele piese realizate din acest material minune. Se bazează pe un număr mare de fire de carbon împletite, care sunt atașate între ele folosind rășină epoxidică. Pentru a oferi materialului rezistență maximă, acestea sunt așezate la un anumit unghi unul față de celălalt. Firele de carbon sunt elementul principal al acestui material compozit. În ciuda grosimii minime, acestea nu pot fi sparte sau rupte. Modelul polimerului modern din fibră de sticlă poate fi realizat sub formă de covoraș, oase și alte forme.
Difuzor spate din carbon
Carbonul este utilizat activ în multe domenii ale vieții, dar mai ales în tuningul mașinilor. Din acest material sunt fabricate spoilerele, hotele și diversele elemente de interior și de caroserie. Dacă intenționați să construiți un Korch ultra-ușor, atunci folosirea acestui material de carbon este pur și simplu necesară. În plus, fibra de carbon și-a găsit aplicația nu numai în mașini - este utilizată în mod activ pentru producția de piese de bază pentru bărci, snowmobile, motociclete și alte tipuri de transport.
Avantajele și dezavantajele plasticului din fibră de carbon
Materialul de carbon este destul de specific în structura și caracteristicile sale, așa că are atât părți pozitive, cât și negative. Principalele avantaje includ ușurința și rezistența. În ceea ce privește rezistența, datorită țesuturii speciale a firelor, acest material compozit nu este inferior multor metale moderne. Fibra de carbon cântărește aproape jumătate decât oțelul și cu 1/5 mai puțin decât aluminiul.
Carbon: care este rezistența la tracțiune?
Ați auzit despre rezistența unică a fibrei de sticlă? Deci, o piesă din carbon are caracteristici mult mai bune în acest sens. Prin urmare, acest compozit special este utilizat în sporturile cu motor, unde se acordă o atenție deosebită siguranței piloților și obținerii de rezultate. Orice reducere a greutății mașinii, menținând în același timp nivelul maxim de rezistență, este doar un plus.
Ușă și capotă
Cât de mult este mai puternică această fibră de carbon decât metalul?
Dar carbonul are și dezavantaje evidente. Mulți pasionați de tuning sunt descurajați să cumpere elemente din fibră de carbon din cauza costului ridicat. În comparație cu aceeași fibră de sticlă, carbonul este mult mai scump. Motivul poate fi invocat tocmai din cauza complexității tehnologice unice a procesului de producție. Și materiile prime în sine le costă producătorilor un bănuț destul de. De exemplu, lipirea diferitelor straturi într-un material se realizează folosind rășini de înaltă calitate și scumpe. În plus, companiile producătoare pentru producția de fibră de carbon sunt nevoite să achiziționeze echipamente specializate și costisitoare.
Spoiler spate
Dar acestea nu sunt toate dezavantajele popularului material de tuning. După cum arată practica, acest material compozit este foarte rezistent la impacturi precise și puternice. Impactul puternic chiar și al unei pietricele mici este suficient pentru a străpunge elementul de carbon al mașinii. După doar câțiva ani de funcționare, aceeași hotă poate arăta ca o adevărată sită. În plus, carbonului chiar nu îi place lumina soarelui. Dacă nu ascundeți mașina în garaj și nu o lăsați pe stradă, atunci culoarea originală se va pierde în curând.
Cadru și bretele
Am menționat deja sensibilitatea acestui compozit la diferite impacturi. Deci, dacă este deteriorat, acest material nu poate fi reparat. Singura soluție pentru pasionatul de mașini este înlocuirea completă a piesei, iar aceasta, după cum ați înțeles deja, este o cheltuială serioasă.
Capota din fibra de carbon
Este posibilă imitarea carbonului?
Pasionatului obișnuit de mașini nu îi pasă cât de puternic sau ușor este carbonul. Principalul lucru este că arată foarte frumos - acesta este ceea ce atrage pasionații de tuning. Prin urmare, nu este nevoie să folosiți material original scump - imitația sa este suficientă.
Mânere uși cu efect de carbon
folii PVC
Astăzi puteți imita fibra de carbon folosind mai multe metode diferite. Cel mai popular (tocmai datorită disponibilității sale) a fost specialul Film PVC, duplicând desenul original. Astăzi există multe astfel de „înlocuitori”, într-o mare varietate de modele. Folosind un uscător de păr și o folie, puteți acoperi aproape orice parte din interiorul și exteriorul unei mașini, dându-i un aspect neobișnuit de fibră de carbon. Desigur, nu este întotdeauna posibil să potriviți elemente mici prima dată, dar dacă exersați, chiar și această sarcină devine fezabilă. Dacă încă apar probleme în munca ta, poți oricând să apelezi la experții din domeniul lor. Astăzi există suficiente organizații care se ocupă de acest tip de tuning.
Akvapechat
A doua opțiune pentru imitarea carbonului este așa-numita imprimare hidrografică. Aici se aplică și o peliculă specială, dar se aplică sub presiunea apei. Nu va mai fi posibilă efectuarea unei astfel de lucrări în condiții de „garaj” - este necesar un echipament suplimentar. Avantajul acestei metode este calitatea mai mare a reglajului. În acest caz, filmul, spre deosebire de metoda anterioară, poate fi aplicat chiar și pe părțile cele mai „curbate”. Dacă prelucrarea se face cu o calitate înaltă și în conformitate cu tehnologia, atunci aspectul nu va diferi deloc de fibra de carbon reală.
Apropo, formularea „corp sau interior din fibră de carbon” este foarte populară astăzi. Deci, acest lucru nu înseamnă deloc că elementele sunt realizate din material scump - sunt pur și simplu acoperite cu o peliculă specială folosind una dintre tehnologiile descrise mai sus.
Aerografia „sub carbon”
Deoarece am început deja să descriem toate opțiunile de imitație, ar trebui să menționăm a treia metodă - aplicarea aerografiei. Desigur, din punct de vedere al aspectului final, această metodă este mai proastă decât precedentele două, dar în anumite cercuri de pasionați de mașini este și populară. Un aerograf, din păcate, nu este capabil să transmită cu precizie designul unui compozit - aici apar anumite probleme.
Cum să economisești la o achiziție și care este prețul problemei?
În orice caz, tuningul compozit este foarte popular astăzi. O mică cheltuială și poți să-ți transformi mașina, să o faci recunoscută și strălucitoare. În plus, pelicula de carbon aplicată pe elementele externe ale corpului poate proteja metalul și vopseaua de influențele externe. Fără îndoială, este mai bine să folosiți carbon natural sau polimer din fibră de carbon. Dar dacă cantitatea necesară nu este disponibilă, atunci filmul cu aspect de carbon este cea mai bună opțiune.
