Карбон (вуглепластик) - що це за матеріал: характеристики, опис та склад

Назва волокон технічного призначення походить від «carbon», «carbone» — у перекладі означають «вуглець». Тонкі нитки із цієї сировини знайшли широке застосування у багатьох галузях від аерокосмічної галузі до текстильної промисловості. Розглянемо докладно, що таке карбон.

Опис

Карбон – це багатошаровий композиційний матеріал. Основа полотен виконана з вуглецевого волокна, просочена термореактивними полімерними смолами.

При малій вазі такий матеріал демонструє надміцність. До уваги: ​​деталі, виконані з карбону, за жорсткістю та зносостійкістю перевершують аналогічні з алюмінію.

Поверхня полотен з вуглецевого волокна відрізняється геометричним малюнком, що чітко проглядається. Структура залежить від способу ткацького переплетення, що використовується у виготовленні тканини. Полотна мають високу гнучкість, легко піддаються різанню і крою. Їх можна фарбувати, шліфувати та наносити друк.

З чого виготовляють карбон - склад

У процесі формування карбонових тканин основною сировиною є полімерні матеріали, органічна сировина та термореактивні смоли.

Вуглецеве волокно (carbon fiber) – різновид полотен, отриманих різними способами переплетення. Іноді карбонові нитки у текстилі укладають у полімерну матрицю, закріплюючи стібками до заливки сполучними компонентами.

При застосуванні ткацьких переплетень застосовують способи: рогожка, ялинка та інші. Такі полотна демонструють розтяжність, але погано реагують на стиск та вигин. Найбільш відомі торгові найменування цього полотен: Plain, Twill, Satin.

Вуглепластик (carbon fiber reinforced polymer) – це полімер, армований карбоновим волокном. Властивості матеріалу залежать від добавок, що вводяться в матрицю (наприклад, кремнезем, нанотрубки вуглецю, гума).

Складність переплетення карбонових ниток зумовлена ​​невисокими свідченнями стійкості на вигин на відміну від стандартних матеріалів. Виробниками розроблено низку технік, що дозволяють отримати різні види основ.

Шари матеріалів просочують смолами та скріплюють шляхом намотування або пресування. Карбонова тканина завтовшки 1 мм складається з 4-5 шарів.

Процес виробництва

У виробництві карбонового волокна використовують полімери та органічну сировину, що піддаються термічній обробці. Обвуглювання відбувається при температурі +250°С на відкритому повітрі протягом 24 годин.

З підготовленої сировини одержують тонкі нитки вуглецю діаметром від 3 до 15 мкм. На наступному етапі проводиться карбонізація - прожарювання ниток в автоклаві при температурі 800 - 1500С. Під час цього процесу здійснюється піроліз. З сировини випаровуються інертні компоненти, змінюється структура хімічних зв'язків.

Міцність волокон забезпечує наступний етап технології - графітизація. Волокна насичуються вуглецем в автоклаві з інертним газом за +1600–3000◦С. Чим вище температурний показник, тим міцніше і витриваліші нитки.

Залежно від призначення та технології виробництва волокна ріжуть (штапельовані) або роблять безперервними, намотуючи на бобіни. У виробництві полотен застосовують два методи: сухий та мокрий. Обидва способи передбачають вплив на нитки вуглецеві високим тиском при певних температурах.

Готові полотна скріплюють поліефірними, вінілефірними або епоксидними смолами. Потім при необхідності проводять армування з використанням каучуку, кевлару та інших компонентів.

Технічні характеристики

У таблиці наведено властивості карбонових матеріалів:

Плюси та мінуси

До плюсів карбонових тканин варто віднести такі якості:

З недоліків варто відзначити такі:

Види

Найбільш відомі у текстильній промисловості матеріали:

1. Plane Weave, Р – матерія міцна та жорстка. Використовується для великих виробів. Виготовляють із застосуванням простого переплетення волокон 1х1.



2. Twill, Т – тканини, основне призначення яких – виробництво автомобільних деталей. У них використовується переплетення 2х2 (через 2 нитки).



3. Satin WEAVE, R – гнучкі полотна, придатні виготовлення складних форм. Тканина складного переплетення із низькою щільністю.



4. Leno, Basket Weave – кошикове переплетення. Цей матеріал використовується при виробництві особливо міцних та декоративних виробів.

Застосування карбону

Карбонова тканина вперше була розроблена як матеріал для космічної галузі. Високі експлуатаційні властивості, вуглецевих волокон забезпечили їм швидке поширення інших сферах: автомобільної, авіаційної, будівельної, медичної, енергетичної, суднобудівної.

Карбон використовується у виготовленні спортивної амуніції, рибальських снастей, фільтрів, аксесуарів, електроніки, декоративних виробів, спеціального одягу. Неткані зразки застосовують як ізоляційні матеріали в трубопроводах.

Безпечний для здоров'я матеріал використовується у виробництві лінії для оздоровлення. Електротекстиль у зв'язку з високим показником температури плавлення (450 градусів у повітряному середовищі) застосовують у виготовленні грілок, електропростирадлів, як ізоляційний матеріал у системах «тепла підлога».

УВ використовуються для виробів лікованого призначення. Поліакрилонітрил (ПАН) у виробництві карбонових матеріалів використовується як композит, як надміцна конструкційна сировина. Віскозне волокно доповнює та замінює графіт там, де необхідний лікувальний ефект.

Морфологічна структура волокна дозволяє утворювати стабільні ланцюги.Повітря, проходячи крізь переплетення карбонових ниток, насичує їх негативними частинками (іонами). Лікувальний ефект досягається завдяки таким якостям:

• високі сорбційні властивості;



• збереження інфрачервоного випромінювання, що походить від джерела (людини).

Дані можливості покращують регенерацію пошкоджених тканин вдвічі швидше, ніж при використанні лікарських засобів. УВ знімають запалення та набряклість, стимулюють імунну систему. З карбонових тканин виробляють джгути, серветки, джгути подушки та ковдри.

Вуглецеві нитки на віскозній основі використовують у виробництві трикотажних виробів. Шорти, наколінники, маски, вкладки для постільної білизни – далеко не повний перелік виробів медичного призначення.

Скільки коштує карбон

Багато хто запитує: скільки коштує карбон, і чому матеріал хімічного походження досить дорогий. Для порівняння: 1 кг промислової сталі коштує в 20 разів нижче від вуглецю.

Таке співвідношення пояснюється особливостями технології та високою часткою ручної праці під час виготовлення волокон. Хімічна промисловість не стоїть дома. З використанням автоматизації вартість карбонові тканини у майбутньому знижуватиметься.

Догляд

Міцне та стійке полотно вимагає спеціального догляду. Насамперед, необхідно ретельно оглядати поверхню на предмет сколів та ушкоджень. УФ-промені роблять його вразливим. Тому для виробів, що знаходяться під впливом сонця, важливим є покриття спеціальним лаком або емаллю.

Прати вироби з ПВ можна за допомогою будь-яких миючих засобів, при температурі 40–60 градусів. Віджимати, викручувати та прасувати карбонові речі не можна. Не рекомендується тривале зберігання при мінусових температурах.Необхідний рівень відносної вологості – від 40 до 80%. Дозволяється чистити за допомогою хімічних засобів.

Матеріал Карбон Що Це Таке • Переваги та недоліки

Перш, ніж використовувати матеріал, слід дізнатися основні властивості та особливості роботи та експлуатації матеріалу та предметів, оброблених карбоном.

Особливе плетіння забезпечує матеріалу високу міцність, і дає безперечну перевагу в порівнянні з іншими матеріалами, включаючи метал.

Карбон відрізняється легкою вагою – на 50% легше сталі та на 20% легше алюміній.

Ще однією чудовою властивістю є особлива міцність на розрив. Деталь, виготовлена ​​із застосуванням карбону, має покращені споживчі властивості. Дані показники композиту дають змогу успішно впроваджувати його в автоспортивній сфері.

Матеріал є визнаним засобом забезпечення додаткової безпеки пілотів спортивних машин, а також має вплив на покращення спортивних результатів, оскільки вага спортивного засобу має величезний вплив на забезпечення максимальної стійкості боліду.

Однак застосування карбону має свої недоліки. Насамперед, йдеться про високу вартість композиту, що базується на складності застосовуваних у виробництві унікальних технологій, а також на початковій високій вартості вихідних речовин: при склеюванні між шарами карбону застосовуються дорогі смоли з підвищеними якісними характеристиками.

Незважаючи на міцність, карбону слід уникати точкових ударів, а також значних швидких механічних впливів. Таким чином, пошкодження можна отримати навіть при влучному попаданні невеликого камінця в частину автомобіля, що містить карбоновий елемент.

Ще одна небезпека, від якої варто захистити поверхню карбону – сонячне проміння. Їх вплив згубний для зовнішнього вигляду виробів з даного матеріалу. Якщо не вжити заходів щодо захисту автомобіля від прямого сонця, зовнішній вигляд буде зіпсований протягом короткого проміжку часу.

Якщо потрібна під алюміній або хром - від 500 до 800 рублів. Наприклад, на капот автомобіля потрібно від 2 до 3 п.м., для даху – до 5 п.м.

Слід зазначити, що у карбону, що відноситься до вуглепластику, є безліч споріднених матеріалів, що входять до тієї ж групи і мають схожі споживчі характеристики. Якщо ви не до кінця розібралися, пишіть мені, я все поясню!

Вуглецеве волокно, що це таке, застосування карбону у сучасному будівництві. | Робимо своїми руками

Сфери застосування карбону

Основні характеристики, що сприяють розширенню сфери використання карбону, є:

• міцність та легкість матеріалу;



• наявність можливості нанесення декоративного малюнка, що сприяє покращенню зовнішнього вигляду;



• здатність переливатись на світі, завдяки відображенню променів поверхнею численних ниток;



• ексклюзивність кольору та зовнішнього вигляду.

Дані можливості оцінені виробниками автомобілів, а також організаціями, що працюють в автомобільній сфері. Застосування карбону для рядових користувачів означає нові технології та інновації компанії, що займається автомобільними вдосконаленнями.

Слід зазначити, що у карбону, що відноситься до вуглепластику, є безліч споріднених матеріалів, що входять до тієї ж групи і мають схожі споживчі характеристики.

Відео - як відбувається процес

Визначення "під карбон" характеризує чорно-сіру "шахівницю" - оригінальний малюнок.Плівок такого виду з'явилося у продажу дуже багато. Головна їхня перевага — низька ціна та доступність (продається у великих автомагазинах, можна замовити по інтернету будь-якого кольору). Вартість від 250 рублів за 1 п.м. плівки шириною 1,52 м без відведення повітря і від 350 - з відведенням повітря.

Якщо потрібна під алюміній або хром - від 500 до 800 рублів. Наприклад, на капот автомобіля потрібно від 2 до 3 п.м., для даху – до 5 п.м.

Для обклеювання деталей салону потрібно ще менше плівки – достатньо одного-двох метрів. Цієї кількості вистачить, щоб обклеїти зовнішні деталі машини (бічні стійки, дзеркала), а також деталі салону (дверні ручки, вставки на панелі, бардачок). Виглядає непогано, а співвідношення отриманий результат/гроші - мінімальне.

Плівки бувають не лише чорного кольору, є інших кольорів – білий, синій, червоний, а також інші кольори. Якщо раніше у продажу вони були тільки формату 3D з чорною шахівницею, то зараз набирає обертів плівка 4D (ціна від 700 рублів за 1 п.м.) — яка найбільш близька на вигляд до справжнього карбону і має тривимірний малюнок.

Варто сказати, що обклеювання автомобіля плівкою – не легка справа. Особливо 4D матеріал. Потрібний досвід, інакше можна тільки все зіпсувати. Якщо деталі з прямою формою без крутих вигинів обклеїти не складе труднощів, то елементи зі складною геометрією вже набагато складніше. Тому є альтернатива - це аквапринт, фарбування деталей звичайною фарбою або рідкою гумою.

При тюнінг салону справжній карбон застосовується, хоча нечасто. Причина – висока вартість виготовлення. Посудіть самі, обробка справжнім вуглепластиком однієї пластикової деталі обійдеться не дешевше 5 - 10 тисяч рублів, а весь салон не дешевше 50 000 рублів.Цей варіант підійде для власників преміум машин, хто не хоче мати справу з дешевою плівкою і кому важлива якість матеріалу.

карбон слабо поглинає рентгенівське випромінювання, тому з нього виготовляють віконця рентгенівських та широкодіапазонних гамма-детекторів, через які випромінювання проникає в детектор. Якщо ви не до кінця розібралися, пишіть мені, я все поясню!

Сім видів вуглецю

Номенклатура виробів із карбонового волокна

карбонові тканини

Головним виробом із високомодульного волокна карбону є вуглецева (карбонова) тканина товщиною 1,6 – 5,0 мм, що має структуру плетеного полотняного переплетення щільністю від 520 до 560 г/м².

Карбонові тканини, володарі нульового коефіцієнта лінійного розширення, мають високу стійкість до деформацій та корозії.

Характеристиками стандартних вуглецевих тканин є:

вміст вуглецю, розривне навантаження (МПа), модуль пружності (ГПа), подовження, лінійна щільність.

Крім карбонових тканин основними виробами високомодульного волокна є стрічки та шнури.

Розрізняють такі види плетіння тканин карбонових, які певною мірою впливають на рухливість виробу:

• полотняне переплетення, створене за принципом переплетення кожної нитки основи з ниткою 1/1, створюючи кращу міцність і рухливість тканини



• сатинове переплетення, при якому одна нитка качка переплітає 4-5 ниток основи, зменшуючи можливість сильного вигину тканини



• саржеве переплетення, у якого кількість ниток основи перекрита такою ж кількістю ниток качка.

Прикладом можливості саржевого переплетення є кольорова карбонова тканина.Карбонову різнобарвну тканину успішно використовують при створенні кевларового одягу і речей, що відрізняються гігроскопічності і здатністю до повітрообміну. Кевлар з технічних ниток з різною щільністю і структурою вже узвичаївся авто і військової індустрії, потіснивши склополотно і сталь.

Переваги карбону яскраво виражені у виробах із карбонізованого вуглепластику.

вироби з карбонізованого волокна

Номенклатура виробів з карбонізованого волокна більш розширена та представлена:

• вуглецевою тканиною карбонізованою RK-300 (замінник склотканини)



• тканиною з одностороннім алюмінієвим покриттям RK-300AF (покращені властивості за рахунок термоекрана дозволяють використовувати карбон як теплоізоляційний обмотувальний матеріал)



• вуглецевими конструкційними тканинами 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k



• карбонізованими стрічками та шнурами.

Карбоновий бізнес буде цікавий насамперед молодим людям, які хочуть займатися підприємництвом з мінімальними вкладеннями та люблять техніку. Якщо ви не до кінця розібралися, пишіть мені, я все поясню!