Что такое карбоновая лодка
Использование карбона в судостроении: от прогулочных яхт до скромных каяков
Прежде чем карбон стал использоваться в других отраслях после аэрокосмической, прошло несколько десятилетий. В конце концов проник он и в морскую сферу. Ведь в судостроении, как и во многих отраслях машиностроения, цель увеличения надежности материалов и конструкций всегда актуальна. К тому же для всего, что летает, ездит и плавает с использованием энергоносителей, постоянно стараются минимизировать расход этой самой энергии. Поэтому приход к композитным материалам в судостроительной отрасли был неизбежен после весьма успешного применения его в автопроме — в частности, для знаменитых гонок «Формула-1». А вот затянулся он из-за того, что морская сфера довольно сильно отличается от всех остальных.
Так, главная боль судостроителей — это коррозия и прочие агрессивные влияния воды, в частности соленой. Однако ныне она уже практически утратила свое воздействие на углепластик, так как появилось несколько технологий, которые уже успешно используют в сфере строительства судов разного водоизмещения и применения, особенно высокоскоростных. Причем речь идет как о полностью карбоновых, так и частично — в сочетании с другими материалами.
Преимущества применения карбона в судостроении
Зачем же всё это было проделано? На самом деле причин так много, что нынче в судостроении только главных целей применения углепластика можно выделить несколько:
возможность создания бесшовных сверхпрочных корпусов судов и/или их элементов;
создание двигателей и элементов управления;
использование композитов в рамках противопожарных и термических требований;
снижение материалоемкости при высокой надежности;
отделочные работы углепластиками судовых помещений с заданными характеристиками звуко- и теплоизоляции, а также экологической чистоты и безопасности для здоровья.
Использование углепластика в малом судостроении
Небольшой прогулочный катер, выполненный из карбона, всегда вызовет восхищение, даже если на борту не будет каюты с баром, кожаной мебелью и спальным местом. Что уж говорить о дорогих прогулочных яхтах, стоимость которых часто не поддается осмыслению — и не только потому что цена на композиты остается очень высокой: частные суда, корпус которых сделан из стандартных материалов, и без углепластика имеют не дешевые опции и не низкие стоимости. Карбон же может легко увеличить эту цену и уровень солидности в несколько раз даже в базовой комплектации. С таким судном всем окружающим сразу будет понятно: вряд ли владелец выбрал яхту с целью сэкономить пару сотен долларов на топливе… Созерцатели смогут только восхищаться ее дизайном и возможностями.
Новая эра карбона
Тем не менее, несмотря на стоимость, в наши дни производство катамаранов и яхт с корпусами из углепластика расширяется по всему миру: Королевства Дания и Норвегия, Итальянская и Французская Республики, Новая Зеландия, Российская Федерация, да и другие государства уже принялись за выпуск карбоновых плавучих объектов, хотя подобное плавсредство пока еще считается экзотикой.
Да, к сожалению, сколько бы ни говорили о том, что современные материалы и технологии уже помогли преодолеть главные недостатки карбона, которыми его упрекали на первых порах, даже при желании и достаточном количестве средств от задумки до реализации карбонового судна проходит не так мало времени.
Поэтому основные значимые моменты «биографии» карбонового судостроения пока такие:
Одной из первых верфей, подаривших жизнь углепластиковой лодке, стала Yachting Developments в Новой Зеландии.
А самая большая в мире карбоновая яхта с парусами Pink Gin VI была создана в 2017 г. на верфи Baltic Yachts (Финляндская Республика). При водоизмещении 235 тонн масса ее корпуса составил всего 18 тонн. О том, что находится на ее борту, писали многие СМИ, детально углубляясь в дорогостоящие подробности вроде обитых бархатом столиков, лавандового рояля и дизайнерских люстр Murano. Настоящих же яхтсменом больше заинтересовало то, что яхта получилась легкоуправляемой, быстроходной и способной ходить при любой скорости ветра.
Тесная дружба углепластика и высоких скоростей
Именно о таком союзе любят говорить производители быстроходных карбоновых лодок класса люкс SAY GmbH (Германия). Гордость компании — самая быстрая лодка SAY29E Runabout, которая способна развивать скорость до 94 км/час. Несмотря на то, что плавсредства тут строят не только из углепластика, он всё же является фаворитом по известным причинам.
По словам Карла Вагнера — директора компании — карбон стал идеальным материалом для многих видов не только транспортных средств, но и вообще «движущихся предметов». Его уникальное сочетание мизерного веса с большой прочностью в итоге дает возможность получить высокую скорость и экономичность. Так, по расходу топлива композитные лодки оставляют далеко позади металлических и стеклопластиковых собратьев. А если учесть, что карбон уже не подвержен коррозии, то металлические лодки значительно проигрывают еще и в долговечности.
Однако красивые, уютные, дорогие яхты, хотя и радуют глаз обывателя, а доступны не всем. И хотя небольшие карбоновые лодки с футуристическим дизайном стоят меньше, но и они еще не для массового пользователя. Так что главным потребителем композитов сегодня является спорт: от небольших каяков и компактных лодок на подводных крыльях до огромных гоночных яхт и катамаранов. Тем более что спорт обычно нацелен на скорость и рекорды, поэтому углепластик тут стал просто находкой.
Так, в последние годы набрал большую популярность класс яхт на особых подводных крыльях, который претендует на революцию в парусном спорте. Со стороны кажется, что они парят над водой и по праву называются парусными болидами. Такой карбоновый болид длиной 2,5 м весит всего 24 кг — и это еще одно обстоятельство, которое повышает его популярность. Ведь его проще даже перевозить.
Правда, если с морскими судами всё более-менее ясно, то карбоновые каяки как любители, так и спортсмены пока не спешат покупать. Причина тут — в мнимой чувствительности углепластика к ударам о камни, хотя сопротивление композитов к деформации позволяет быть весьма жесткими на воде, обеспечивая истинное ощущение серфинга. Кстати, использование карбоновых ребер жесткости нашло более широкое одобрение.
Перспективы развития карбонового судостроения
прочность при попытке растяжения, модуль упругости, удлинение при попытке разрыва;
более высокая скорость;
больший запас хода;
более привлекательный расход топлива;
высокие усталостные характеристики;
небольшое количество узлов соединения в крупногабаритных корпусах;
сокращение расходов на техобслуживание (ибо карбон в принципе в нем не нуждается в отличие от других стандартных материалов).
Всё это привлекает и яхтсменов-любителей, и профессиональных спортсменов, и, как следствие, производителей.
Тем не мене, споры пока идут, технологии еще совершенствуются. Но уже сейчас можно утверждать, что, несмотря на то что ударная прочность углепластиковых судов выше как минимум на 20 %, служат они в два раза дольше, а топлива им нужно на 40 % меньше, они всё еще остаются лишь чьей-то мечтой из-за высокой стоимости.
Лодка из карбона — дорогая мечта любого рыбака
Не так давно прогулочным и рыбацким лодкам из дерева пришлось сильно потесниться на рынке, поскольку там появились суда из ПВХ и стекловолокна. А не прошло и десяти лет, как и стекловолоконным плавсредствам пришлось подвинуться, ибо там появились лодки с карбоновыми корпусами.
Да, на сегодняшний день всё разнообразие технологий и оборудования позволяет создавать из карбона большое количество средств передвижения, не говоря уж о деталях для их тюнинга — и не обходят эти возможности и плавсредства. И не зря: лодки, выполненные из углепластика, восхищают не только внешним видом, но и впечатляющими скоростями: разогнаться такая красавица способна до 97 км/час с быстрым выходом на глиссирование (когда площадь соприкосновения днища лодки с водой минимальна).
Однако и обойдется такой болид в почти полмиллиона долларов в зависимости от комплектации. Есть, конечно, экземпляры подешевле, хотя стоят они всё равно немало.
Можно ли назвать это революцией в малом судостроении?
И да, и нет, поскольку пока так и не преодолен главный недостаток — цена. В этой ситуации при своем пока что остаются лодки из ПВХ, поскольку с карбоновыми у них разные ценовые ниши. Однако из углепластика лодки всё-таки гораздо лучше по качеству.
Стеклоткань и углеткань
Да, из обоих материалов — на основе и углеткани, и стеклоткани — производят преимущественно корпуса судов и палубы. И оба материала являются композитными с точки зрения технологии производства, которая подразумевает использование отверждающего вещества (эпоксидные или другие смолы) для связывания волокон и придания материалу жесткости.
Однако благодаря анизотропным свойствам карбона, меняя направления его волокон при укладке в матрицу, можно получать прочность куда выше, чем у материала на основе стеклоткани, несмотря на определенную внешнюю схожесть.
Хотя дело не только в свойствах и характеристиках самогó волокна. Учитывая особенности условий эксплуатации, для построения корпуса лодки из карбона применяют еще и высококачественную винилэфирную смолу в качестве связующего вещества. Чтоб было понятно, о какой прочности (и стоимости…) тут идет речь, подобное связующее используется производителями самолетов Boeing и автомобилей Lamborghini. Иными словами, полученный таким образом композит выдерживает не только высокие нагрузки, но и не теряет свойства в экстремальных условиях эксплуатации.
Карбоновая лодка — это не только красиво
Почему же, несмотря на дороговизну, идея лодок из углепластика развивается, сохраняя стабильный рост и спрос? Ответ прост: всё, чем карбон привлекает военных, автостроителей и тружеников аэрокосмической отрасли (то есть работников, которые наиболее тесно связаны с данным материалом), ценно и для судостроения, причем независимо от водоизмещения плавсредства. Это в первую очередь такие характеристики:
Легкость, что подразумевает под собой сразу несколько преимуществ. Так, если вы закажете (например, у нас в Carbon Composites ) лодку из углеткани, вы получите в придачу большую скорость и высокую экономичность топлива именно за счет малой массы изделия.
Прочность. Дело в том, что углеродная ткань имеет отношение прочности к массе примерно в два раза выше, чем стеклоткань, используемая для создания большинства челнов. Это значит, что столь высокая прочность материала снижает его расход без ущерба для характеристик изделия. Как результат карбоновые лодки не боятся глубокой воды, равно как и мелководья.
Жесткость. Это еще одна черта углеродного волокна, за счет которой модуль жесткости карбоновых лодок практически в шесть раз больше, чем у плавсредств из модернизированного стекловолокна. На высоких скоростях корпус не деформируется, а также не боится ни соленой, ни пресной воды.
Выносливость. Технологии получения углепластиковых деталей позволяют создавать корпуса судов с обводами, гарантирующими максимальные гидродинамические качества для любых условий, а не только полного штиля. Добиться подобного совершенства для алюминиевой лодки гораздо сложнее.
Остойчивость. Несмотря на малый вес, правильно спроектированная лодка из карбона превосходно держит и восстанавливает баланс на воде.
Сохранность. Материал не подвержен гниению, поэтому хранение композитной лодки не требует особых условий — ее достаточно помыть и перевернуть вверх дном.
Транспортируемость. Перевозка лодки из углепластика в прицепе не представляет для нее никакой опасности. А если хочется порыбачить или попользоваться таким плавсредством в другой части планеты, не нужно платить за лишний вес при перелете.
Все эти особенности являются ценным активом при создании карбоновой лодки и делают углеродное волокно модным словом, хотя уже и не новым. В результате вложения средств в такое изделие получается судно, которое быстрее, экономичнее, жестче, прочнее и легче, чем аналоги из других материалов, а также имеет бóльшую дальность плавания, не говоря уже о премиальном внешнем виде.
Кстати о внешности. Карбоновую лодку можно покрыть разноцветным или прозрачным гелькоутом, то бишь всегда есть возможность отойти от классики, хотя углеткань и в ее классическом варианте смотрится более чем роскошно.
Недостатки, с которыми приходится сталкиваться
О цене как главном препятствии знают все, кто интересуется композитами в принципе. Но есть и более серьезные негативные параметры.
Например, карбоновое волокно не обладает достаточной гибкостью для того, чтобы вовремя обнаружить поломку, поэтому если карбон ломается, то уже всерьез. Правда, сразу можно заметить, что для хорошо спроектированной лодки — это проблема небольшая, хотя знать об этом не помешает.
Еще одним важным недостатком углеродного волокна в судах является его электропроводность. Например, если подсоединить аккумулятор к корме такой лодки, а к носовой части подключить лампочку, то она загорится без всяких проводов. Понятно, что это усложняет установку электроприборов, но точнее — требует тщательно продуманной изоляции. Хотя это вовсе не что-то новое и критичное, поскольку с такими же сложностями сталкиваются производители и стальных яхт, и лодок — там изолируется всё, что так или иначе связано с электричеством. Необходимо также обращать внимание на использование фитингов в условиях соленой воды, ибо она становится электролитом и приводит к появлению коррозии.
Ну, и в завершение можно добавить, что углеродное волокно на 95 % понижает уровень сигнала Wi-Fi. Из-за этого электронику просто отделяют от композитных материалов как минимум на 4 дюйма. К тому же, это актуально не для всех конструкций, а там, где есть необходимость в использовании данного канала связи, этому, конечно, уделяют особое внимание.
Карбоновая мечта настоящего рыбака
Так, известный во всем мире производитель металлоконструкций и морских судов TacoMarine запустил новую линейку спортивных рыболовных аутригеров (это такие специальные кронштейны с уключинами, которые торчат с борта) из карбона, получивших награду за инновации на Международном боат-шоу в Майами в 2016 году. Это логично: они легкие, жесткие и удобные, а также надежны и способны удерживать большое количество навесного оборудования.
Если же нет необходимости в подобных конструкциях, но при этом рыбалка — часть жизни, из углепластика всегда можно заказать (опять-таки у нас в Carbon Composites) другие нужные вещи, повышающие комфорт рыболова и функционал плавсредства. Например, монтажный столик рыбака или держатель для эхолота. А карбоновый стакан или держатель спиннинга — это вообще идеальные приспособления для удобства и эффективной рыбалки без увеличения общего веса экипированной лодки.
Особым шиком можно считать изготовление из карбона мелких деталей для самóй лодки, которые никак не влияют на ходовые, но повышают эстетические характеристики. Например, отделка углепластиком приборной панели.
углеволокно, карбон, что это?! давайте разбираться вместе)))
Всем привет, наткнулся на интересную статью, тут на драйве 2, ну и решил ее откопировать себе, думаю многим будет интересно почитать, ибо самим как правило оень «по-Google-ть»)))
За статью спасибо говорим rules26 у него много чего интересного в блоге)
Сегодня мы поможем разобраться в одном из самых интересных материалов 21 века. Начнем с военных технологий, закончим тюнингом.
Углеродное волокно — материал, состоящий из тонких нитей диаметром от 3 до 15 микрон, образованных преимущественно атомами углерода. Атомы углерода объединены в микроскопические кристаллы, выровненные параллельно друг другу. Выравнивание кристаллов придает волокну большую прочность на растяжение. Углеродные волокна характеризуются высокой силой натяжения, низким удельным весом, низким коэффициентом температурного расширения и химической инертностью.
Углеродное волокно является основой для производства углепластиков (или карбона, карбонопластиков, от «carbon», «carbone» — углерод). Углепластики — полимерные композиционные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (чаще эпоксидных) смол.
Углеродные композиционные материалы отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче.
Что такое карбон?
Слово «карбон» — своего рода профессиональный жаргонизм, точнее сокращение от английского Carbon Fiber (углеродное волокно), под эгидой которого, в общем понимании, объединилось огромное количество самых разных материалов. Примерно, как тысячи различных веществ с отличающимися физическими, химическими и техническими свойствами носят название «пластмасса». В случае с карбоном, общим для материалов стал углеволоконный наполнитель, но не связующее вещество, которое может быть разным. Даже полиэтиленовая пленка с впаянными в нее угольными нитями с полным правом может носить это гордое имя. Просто сложившейся классификации углепластиков еще нет.
Большинство современных материалов, применяемых в технике и, особенно, в автомобильной области, доходят до рядового потребителя по схожему сценарию. Новшества появляются в научных лабораториях обычно для нужд «оборонки». Затем, исполнив почетную обязанность по защите Отечества, они прокладывают себе дорогу через спорт и, как следствие, тюнинг к конвейеру. Так произошло и в случае с углеродными материалами.
Какое применение для карбона?
В последние годы проникновение карбона в конструкцию затюнингованных энтузиастами «аппаратов» приняло лавинообразный характер. Кроме того, углепластик все чаще и чаще упоминается в описаниях серийных машин. Этот материал, имеющий военно-космическую и спортивную предысторию, становится все популярнее. Прочность и легкость материалов ценятся конструкторами автомобилей уже давно, примерно с 50-х годов прошлого века. Сегодняшний прогресс технологий производства увеличивает соблазн применять больше композитов в новых разработках. Для владельца машины подобные детали ценны не только декоративностью рисунка углеродной ткани и завораживающей «переливчатостью» отраженного волокнами света, но и сохраняющейся аурой эксклюзивности. Со стороны производителя предложение карбоновых элементов в отделке — показатель технологической «продвинутости» фирмы.
Краткий курс истории.
Не нарушая сложившихся традиций, после «службы в армии» углепластик «занялся» спортом. Лыжники, велосипедисты, гребцы, хоккеисты и многие другие спортсмены по достоинству оценили легкий и прочный инвентарь. В автоспорте карбоновая эра началась в 1976 году. Сначала на машинах McLaren появились отдельные детали из диковинного черно-переливчатого материала, а в 1981 на трассу вышел McLaren MP4 с монококом, полностью изготовленным из углеволоконного композита. Так идея главного конструктора команды Lotus Колина Чепмена, создавшего в 1960-х несущую основу гоночного кузова, получила качественное развитие. Однако в то время новый материал был еще неведом технологам от автоспорта, потому неразрушаемую капсулу для McLaren изготовила американская компания Hercules Aerospace, обладающая опытом военно-космических разработок. Сейчас же в активе практически всех ведущих команд Формулы-1 есть собственное оборудование для выпуска карбоновых монококов, рычагов подвески, антикрыльев, спойлеров, сидений пилотов, рулей и даже тормозных дисков.
Что же такое КАРБОН или углеродное волокно?
Углеродное волокно состоит из множества тончайших нитей углерода. Прочность нитей на разрыв, сравнимая с прочностью легированной стали, при массе, меньшей, чем у алюминия, обуславливает высокие механические характеристики карбонов. Интересно, что наиболее распространенная технология получения столь прочного материала основана на методе «обугливания» волокон, по изначальным свойствам близким к шерсти. Исходный полимер белого цвета с мудреным названием полиакрилонитрил подвергается нескольким циклам нагрева в среде инертных газов. Сначала под воздействием высокой температуры (около 260 C) на молекулярном уровне изменяется внутренняя структура вещества. Затем при температурах повыше (около 700 C) атомы углерода «сбрасывают» водород. После нескольких «поджариваний» водород удаляется полностью. Теперь удерживавшие его силы направлены на упрочнение связей между оставшимися элементами. На шерсть материал уже не похож, однако его прочность еще далека от идеала. И процесс под названием графитизация продолжается. Повторяющиеся операции нагрева до 1300 C «очищают» почерневшее волокно уже от азота. Полностью избавиться от последнего не удается, однако его количество уменьшается. Каждый «шаг» делает содержание в веществе атомов углерода все больше, а их связь все крепче. Механизм упрочнения такой же, как и при «изгнании» водорода. Самая прочная продукция проходит несколько ступеней графитизации при температуре до 3000 C и обозначается аббревиатурой UHM.
Почему так дорого?
Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это с лихвой компенсируется впечатляющим результатом. Даже не верится, что все начиналось с «мягкого и пушистого» материала, содержащегося в довольно прозаических вещах и известных не только сотрудникам химических лабораторий. Белые волокна — так называемые сополимеры полиакрилонитрила — широко используются в текстильной промышленности. Они входят в состав плательных, костюмных и трикотажных тканей, ковров, брезента, обивочных и фильтрующих материалов. Иными словами, сополимеры полиакрилонитрила присутствуют везде, где на прилагающейся этикетке упомянуто акриловое волокно. Некоторые из них «несут службу» в качестве пластмасс. Наиболее распространенный среди таковых — АБС-пластик. Вот и получается, что «двоюродных родственников» у карбона полным-полно.
Угольная нить имеет впечатляющие показатели по усилию на разрыв, но ее способность «держать удар» на изгиб «подкачала». Поэтому, для равной прочности изделий, предпочтительнее использовать ткань. Организованные в определенном порядке волокна «помогают» друг другу справиться с нагрузкой. Однонаправленные ленты лишены такого преимущества. Однако, задавая различную ориентацию слоев, можно добиться искомой прочности в нужном направлении, значительно сэкономить на массе детали и излишне не усиливать непринципиальные места.
Что такое карбоновая ткань?
Сохранить в Альбом
plain
Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric). Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно — лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться.
Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.
Сохранить в Альбом
satin
Бывает ли цветной карбон? Желтый карбон бывает?
Часто от производителей тюнинговых деталей и, как следствие, от заказчиков можно услышать про «серебристый» или «цветной» карбон. «Серебряный» или «алюминиевый» цвет — всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно — это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается адгезия такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи.
Отметим, что «Кевлар», «Номекс» и «Тварон» — патентованные американские марки полимеров. Их научное название «арамиды». Это родственники нейлонов и капронов. В России есть собственные аналоги — СВМ, «Русар», «Терлон» СБ и «Армос». Но, как часто бывает, наиболее «раскрученное» название — «Кевлар» — стало именем нарицательным для всех материалов.
Сохранить в Альбом
twill2/2
Что такое кевлар и какие у него свойства?
По весовым, прочностным и температурным свойствам кевлар уступает углеволокну. Способность же кевлара воспринимать изгибающие нагрузки существенно выше. Именно с этим связано появление гибридных тканей, в которых карбон и кевлар содержатся примерно поровну. Детали с угольно-арамидными волокнами воспринимают упругую деформацию лучше, чем карбоновые изделия. Однако есть у них и минусы. Карбон-кевларовый композит менее прочен. Кроме того, он тяжелее и «боится» воды. Арамидные волокна склонны впитывать влагу, от которой страдают и они сами, и большинство смол. Дело не только в том, что «эпоксидка» постепенно разрушается водно-солевым раствором на химическом уровне. Нагреваясь и охлаждаясь, а зимой вообще замерзая, вода механически расшатывает материал детали изнутри. И еще два замечания. Кевлар разлагается под воздействием ультрафиолета, а формованный материал в смоле утрачивает часть своих замечательных качеств. Высокое сопротивление разрыву и порезам отличают кевларовую ткань только в «сухом» виде. Потому свои лучшие свойства арамиды проявляют в других областях. Маты, сшитые из нескольких слоев таких материалов, — основной компонент для производства легких бронежилетов и прочих средств безопасности. Из нитей кевлара плетут тонкие и прочные корабельные канаты, делают корд в шинах, используют в приводных ремнях механизмов и ремнях безопасности на автомобилях.
А можно обклеить деталь карбоном?
Непреодолимое желание иметь в своей машине детали в черно-черную или черно-цветную клетку привели к появлению диковинных суррогатов карбона. Тюнинговые салоны обклеивают деревянные и пластмассовые панели салонов углеродной тканью и заливают бесчисленными слоями лака, с промежуточной ошкуриванием. На каждую деталь уходят килограммы материалов и масса рабочего времени. Перед трудолюбием мастеров можно преклоняться, но такой путь никуда не ведет. Выполненные в подобной технике «украшения» порой не выдерживают температурных перепадов. Со временем появляется паутина трещин, детали расслаиваются. Новые же детали неохотно встают на штатные места из-за большой толщины лакового слоя.
Не принимайте это на свой счет, кто ищет тот найдет! Автор не претендует на истину в конечной инстанции.
Как производятся карбоновые и/или композитные изделия?
Технология производства НАСТОЯЩИХ карбоновых изделий основывается на особенностях применяемых смол. Компаундов, так правильно называют смолы, великое множество. Наиболее распространены среди изготовителей стеклопластиковых обвесов полиэфирная и эпоксидная смолы холодного отверждения, однако они не способны полностью выявить все преимущества углеволокна. Прежде всего, по причине слабой прочности этих связующих компаундов. Если же добавить к этому плохую стойкость к воздействию повышенных температур и ультрафиолетовых лучей, то перспектива применения большинства распространенных марок весьма сомнительна. Сделанный из таких материалов карбоновый капот в течение одного жаркого летнего месяца успеет пожелтеть и потерять форму. Кстати, ультрафиолет не любят и «горячие» смолы, поэтому, для сохранности, детали стоит покрывать хотя бы прозрачным автомобильным лаком.
Компаунды холодного твердения.
«Холодные» технологии мелкосерийного выпуска малоответственных деталей не позволяют развернуться, поскольку имеют и другие серьезные недостатки. Вакуумные способы изготовления композитов (смола подается в закрытую матрицу, из которой откачан воздух) требуют продолжительной подготовки оснастки. Добавим к этому и перемешивание компонентов смолы, «убивающее» массу времени, что тоже не способствует производительности. Это Россия, раслабся 😀 Метод же напыления рубленого волокна в матрицу не позволяет использовать ткани. Собственно, все идентично стеклопластиковому производству. Просто вместо стекла применяется уголь. Даже самый автоматизированный из процессов, который к тому же позволяет работать с высокотемпературными смолами (метод намотки), годится для узкого перечня деталей замкнутого сечения и требует оборудования.
Эпоксидные смолы горячего отверждения прочнее, что позволяет выявить качества карбонов в полной мере. У некоторых «горячих» смол механизм полимеризации при «комнатной» температуре запускается очень медленно. На чем, собственно, и основана так называемая технология препрегов, предполагающая нанесение готовой смолы на углеткань или углеволокно задолго до процесса формования. Приготовленные материалы просто ждут своего часа на складах.
В зависимости от марки смолы время жидкого состояния обычно длится от нескольких часов до нескольких недель. Для продления сроков жизнеспособности, приготовленные препреги, иногда хранят в холодильных камерах. Некоторые марки смол «живут» годами в готовом виде. Прежде чем добавить отвердитель, смолы разогревают до 50–60 C, после чего, перемешав, наносят посредством специального оборудования на ткань. Затем ткань прокладывают полиэтиленовой пленкой, сворачивают в рулоны и охлаждают до 20–25 C. В таком виде материал будет храниться очень долго. Причем остывшая смола высыхает и становится практически не заметной на поверхности ткани. Непосредственно при изготовлении детали нагретое связующее вещество становится жидким как вода, благодаря чему растекается, заполняя весь объем рабочей формы и процесс полимеризации ускоряется.
Компаунды горячего твердения.
«Горячих» компаундов великое множество, при этом у каждой собственные температурные и временные режимы отверждения. Обычно, чем выше требуемые показания термометра в процессе формовки, тем прочнее и устойчивее к нагреву готовое изделие. Исходя из возможностей имеющегося оборудования и требуемых характеристик конечного продукта, можно не только выбирать подходящие смолы, но делать их на заказ. Некоторые отечественные заводы-изготовители предлагают такую услугу. Естественно, не бесплатно.
Препреги как нельзя лучше подходят для производства карбона в автоклавах. Перед загрузкой в рабочую камеру нужное количество материала тщательно укладывается в матрице и накрывается вакуумным мешком на специальных распорках. Правильное расположение всех компонентов очень важно, иначе не избежать нежелательных складок, образующихся под давлением. Исправить ошибку впоследствии будет невозможно. Если бы подготовка велась с жидким связующим, то стала бы настоящим испытанием для нервной системы рабочих с неясными перспективами успеха операции.
Процессы, происходящие внутри установки, незатейливы. Высокая температура расплавляет связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице. Причем происходит все одновременно.
С одной стороны, одни преимущества. Прочность такого углепластика практически максимальна, объекты самой затейливой формы делаются за один «присест». Сами матрицы не монументальны, поскольку давление распределено равномерно во всех направлениях и не нарушает геометрию оснастки. Что означает быструю подготовку новых проектов. С другой стороны, нагрев до нескольких сотен градусов и давление, порой доходящее до 20 атм., делают автоклав очень дорогостоящим сооружением. В зависимости от его габаритов цены на оборудование колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов. Прибавим к этому нещадное потребление электроэнергии и трудоемкость производственного цикла. Результат — высокая себестоимость продукции. Есть, впрочем, технологии подороже и посложнее, чьи результаты впечатляют еще больше. Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) в тормозных дисках на болидах Формулы-1 и в соплах ракетных двигателей выдерживают чудовищные нагрузки при температурах эксплуатации, достигающих 3000 C. Эту разновидность карбона получают путем графитизации термореактивной смолы, которой пропитывают спрессованное углеродное волокно заготовки. Операция чем-то похожа на производство самого углеволокна, только происходит она при давлении 100 атмосфер. Да, большой спорт и военно-космическая сфера деятельности способны потреблять штучные вещи по «заоблачным» ценам. Для тюнинга и, тем более, для серийной продукции такое соотношение «цены-качества» неприемлемо.
Если решение найдено, оно выглядит настолько простым, что удивляешься: «Что же мешало додуматься раньше?». Тем не менее, идея разделить процессы, происходящие в автоклаве, возникла спустя годы поиска. Так появилась и стала набирать обороты технология, сделавшая горячее формование карбона похожим на штамповку. Препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы ткань с обеих сторон покрывается либо полиэтиленовой, либо более термостойкой пленкой. «Бутерброд» пропускается между двух валов, прижатых друг к другу. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются, примерно так же, как и при отжиме белья в стиральных машинах образца 1960-х годов. В матрицу препрег вдавливается пуансоном, который фиксируется резьбовыми соединениями. Далее вся конструкция помещается в термошкаф.
Сохранить в Альбом
twill4/4
Тюнинговые фирмы изготавливают матрицы из того же карбона и даже прочных марок алебастра. Гипсовые рабочие формы, правда, недолговечны, но пара-тройка изделий им вполне по силам. Более «продвинутые» матрицы делаются из металла и иногда оснащаются встроенными нагревательными элементами. В серийном производстве они оптимальны. Кстати, метод подходит и для некоторых деталей замкнутого сечения. В этом случае легкий пуансон из вспененного материала остается внутри готового изделия. Антикрыло Mitsubishi Evo — пример такого рода.
Автор статьи :Алексей Романов ( в редакции Rules26 :))
редактор журнала «ТЮНИНГ Автомобилей» имеет свой взгляд на мир карбона)))
И не изготовив пару тройку деталей судит о том что «знает» только по книжкам.
Пробуйте и дерзайте!