- Что такое карбон
- Из чего делают
- Как изготавливают
- Виды карбона
- Плюсы и минусы
- Частые вопросы
- Главное
Что такое карбон
Карбон — это композитный (т.е., созданный из компонентов) материал на основе углеродного волокна, пропитанного полимерной смолой и отвержденного под давлением и температурой. В технической среде его чаще называют углепластиком или carbon fiber reinforced polymer (CFRP), если по-английски.
Материал широко применяют там, где критически важны минимальный вес, но при этом высокая прочность. То есть, в автоспорте, авиации, космической технике, спортивных велосипедах, а также, иногда, в медицине. В автомобилях карбон давно стал полноценным конструкционным материалом, а параллельно выросла его популярность в виде декора — разумеется, в виде имитации, т.к. сам по себе углепластик чрезвычайно дорог.
Карбон на машинах
В автопромышленности материал стал популярным из-за набора уникальных свойств.
- Он значительно легче стали и алюминия, что снижает общую массу шасси и кузова.
- У карбона очень высокая жесткость на изгиб, кручение и растяжение, что важно для управляемости и безопасности.
- Полный «иммунитет» к коррозии (т.к. это не металл).
- Возможность формовать сложные формы одной деталью.
- Эстетичный внешний вид, который часто не прячут под краской (впрочем, здесь дело вкуса).
Ввиду перечисленного карбон используют в кузовных панелях, крышах, элементах подвески, приводных валах, сиденьях и несущих структурах спорткаров, суперкаров и гоночных болидов.
Как выглядит карбон
Классический углепластик легко узнать по характерному узору переплетенных нитей — чаще всего это диагональная «елочка» или шахматное плетение. Цвет обычно черный или темно-серый с глянцевым или матовым лаком. У разных типов структурный рисунок может быть либо регулярным «шашечно-елочным» (у тканого), либо хаотичным (у кованого).
Из чего делают карбон
Карбон — это всегда композит, то есть сочетание нескольких материалов. Обычно принципиальный «рецепт» материала следующий:
- Углеродное волокно — основной несущий элемент. Название в данном случае «говорящее»: это сверхтонкие нити, почти полностью состоящие из атомов углерода, выстроенных в вытянутые кристаллические структуры. Диаметр одной нити — порядка 5-7 микрометров, что в 10-15 раз тоньше человеческого волоса.
- Полимерная смола (эпоксидная, полиэфирная и др.) — связывает волокна.
- Добавки и отвердители — влияют на финальную прочность и термостойкость.
Как делают карбон
Процесс производства требует высокоточного дорогостоящего оборудования. Недешевы и сами компоненты. Общая производственная цепочка примерно следующая:
- Углеродные нити формируют в полотно или ленту.
- Тканевую заготовку укладывают в форму детали по заданной чертежом ориентации волокон.
- Ткань пропитывают смолой (вручную или вакуумным методом).
- Деталь отверждают под давлением и температурой.
- После застывания выполняют чистовую обработку и наносят финишное покрытие.
От ориентации волокон зависит прочность детали — именно поэтому карбон нельзя рассматривать как «универсально прочный» материал. Его свойства во многом зависят о того, как была расположена ткань при заливке, и как будут распределяться нагрузки на деталь в работе.
Виды карбона
Материал классифицируют по структуре, технологии и назначению. В автомобилестроении используются два основных типа.
Тканый карбон
Классический вариант с четким геометрически-правильным переплетением волокон. Особенности:
- предсказуемые свойства (т.к. волокна залиты равномерны);
- высокая жесткость;
- узнаваемый внешний вид, что часто определяет «модность» элемента и его стоимость.
Широко применяется в автоспорте.
Кованый карбон
Состоит из мелко нарезанных углеродных волокон, хаотично смешанных со смолой и спрессованных под высоким давлением. Особенности:
- менее предсказуемые свойства ввиду неравномерности расположения элементов;
- технологически выгоднее тканого — меньше отходов при производстве;
- хаотичный «мраморный» рисунок.
Данный тип углепластика широко используется для декоративных внешних элементов.
Плюсы и минусы карбона
Плюсы:
- очень малый вес в сравнении даже с алюминием, не говоря о стали;
- высокая удельная прочность. В ряде случаев выше той же стали;
- коррозионная невосприимчивость — т.к. карбон не металл;
- возможность создавать сложные формы одной деталью.
Минусы:
- высокая стоимость материалов и производства;
- низкая (почти нулевая) ремонтопригодность при серьезных повреждениях;
- несмотря на общую прочность — чувствительность к резким ударным нагрузкам (хрупкость).
Частые вопросы
Что прочнее: титан или карбон?
Зависит от задачи. Титан пластичнее и менее хрупок, а карбон выигрывает в жесткости. В реальности их часто используют вместе.
Карбон и углепластик — в чем разница?
Ни в чем. Карбон — это разговорное и маркетинговое название, а углепластик — технически корректный термин.
Опасно ли углеродное волокно для здоровья?
В готовых изделиях — нет, оно полностью безопасно. Риск возникает только при механической обработке (резка, шлифовка). Образуется мелкая углеродная пыль, которая может раздражать кожу, глаза и дыхательные пути.
Главное о карбоне
- Карбон — это композит на основе углеродного волокна и смолы.
- Главные достоинства: сочетание малого веса и высокой жесткости.
- Широко применяется в автоспортивной промышленности.
- Бывает тканым и кованым.
- Дорог в производстве, но эффективен по характеристикам.
- Свойства прямо зависят от вида (ориентации волокон).
- Карбон — не вид пластика, а высокотехнологичный материал с отдельной технологией производства.
Читайте также:
- Рестайлинг — средство поддержания автомобиля в форме
- Типы кузовов легковых и грузовых автомобилей
- Как узнать снаряженную массу автомобиля и чем она отличается от полной
Авторы Теги Илья Калинчиков
