Что можно сделать из карбона
Перейти к содержимому

Что можно сделать из карбона

  • автор:

Изготовление деталей из карбона и стекловолокна

 Изготовление деталей из карбона и стекловолокна: основы технологии

Термином “карбон” обычно обозначают современный композитный материал, созданный путем сложного переплетения нитей графита и резины. В состав могут входить и другие компоненты, но наличие графита — обязательно.

Стекловолокно — это волокно, созданное из стеклянных нитей, структурно-аморфного, изотропного материала. Стоит значительно дешевле карбона, но обладает похожими свойствами. Поэтому используется при изготовлении деталей, с целью замещения части карбона. Чтобы снизить себестоимость готового изделия.

Изготовление деталей из карбона и стекловолокна — это процесс придания и фиксации формы карбоновой ткани с помощью полимерных смол. Как правило, внешние стороны детали выполняют из карбона. А внутренний объем заполняют стекловолокном. Могут применяться и другие методики.

Стекловолокно имеет схожие с карбоном эксплуатационные свойства. Но стоит значительно дешевле. Поэтому его применяют как добавку, с целью снижения цены детали. Однако, при этом снижаются показатели прочности и износостойкости.

Как делают детали из карбона и стекловолокна

Процесс почти не поддается автоматизации. Большую часть операций приходится выполнять вручную. Мастер должен обладать целым рядом навыков, иметь опыт работы со сложными материалами и очень высокую квалификацию. Поэтому детали из карбона и стекловолокна стоят так дорого. И почти всегда изготавливаются штучно.

Например, только те автопроизводители, которые выпускают спортивные автомобили “суперкары”, могут позволить себе применять карбоновые кузовные детали.

Нет никаких сомнений в высоких эксплуатационных качествах этих материалов. Но их цена слишком высока для того, чтобы запускать массовое производство. Лишь очень малое количество потребителей готовы переплачивать в пять-двенадцать раз за уникальные качества карбона. Для всех остальных вполне достаточно той прочности и эластичности, которыми обладают алюминий и сталь.

Сферы применения

Главное достоинство углеродного волокна — невероятное соотношение прочности и веса. Детали из карбона и стекловолокна не уступают (часто даже превосходят) стали и другим сплавам на основе железа. Но при этом весят в разы меньше.

Поэтому карбон так часто применяется в космической индустрии. Там стоимость доставки одного килограмма на орбиту очень высокая. Поэтому есть смысл применить карбон, а не, например, алюминий.

Аналогично и в строительстве спортивных автомобилей. Там каждый грамм влияет на скорость. И повышение мощности двигателя обходится намного дороже, чем замена кузовных деталей на карбоновые.

О высокой сложности производства карбоновых деталей и их высокой цене известно всем. Поэтому карбоновые панели часто применяются в качестве декоративного отделочного материала. В тех местах, где нет нужды в высокой прочности, эластичности и износостойкости. Исключительно для того, чтобы подчеркнуть богатство и изысканный вкус владельца.

Цена деталей из карбона и стекловолокна

Стоимость каждого изделия определяется индивидуально. Серийное производство применяется крайне редко, поэтому нет каких-то стандартных цен. Стоимость одинаковых (или очень похожих) изделий может отличаться в разы.

Например, комплект из 5 небольших декоративных накладок, сделанных из карбона для салона Porsche Cayenne около $1200. Похожий комплект (по весу и количеству деталей), предназначенный для Nissan GT-R продается за $500.

Обработка

Детали из карбона и стекловолокна изготавливаются таким образом, чтобы свести к минимуму дальнейшую обработку. Это очень прочный материал, сложный в работе. Более того, механическая обработка может серьезно повредить эстетическому внешнему виду карбоновой детали. Поэтому такие изделия почти никогда не берутся в работу на станках ЧПУ.

Применение изделий и деталей из углепластика / карбона

carbonfibre.jpg

Где используются карбоновые детали?

Углепластик, или карбон, — композиционный материал, углеродные нити в составе которого крепятся между собой с помощью полимерных смол. Карбон — очень легкий и в то же время прочный композит, при его использовании добиваются снижения массы спортивных болидов с сохранением безопасности пилотов. Впоследствии карбоновые детали стали очень популярны в тюнинге автомобилей: из него изготавливаются капот, спойлеры, крылья, бампера и другие элементы машин.

malaya-aviacia.jpg

Разумеется, такой высокотехнологичный материал применяется в авиакосмической отрасли. Углепластиковые детали используются в гражданской, государственной и экспериментальной авиации. Применяются они и при строительстве различных летательных аппаратов. Композитные материалы, в частности карбон, зарекомендовали себя в малой авиации только с положительной стороны.

Отметим ряд преимуществ карбона, выделяющих его среди других материалов:

  • сниженный вес до 40 % — в сравнении со сталью и до 20 % — в сравнении с алюминием;
  • коррозионная устойчивость;
  • устойчивость к высоким температурам и нагрузкам;
  • приятный и эстетичный внешний вид.

Однако не так давно использование углепластика / карбона в строительстве и ремонте бетонных конструкций показало превосходные результаты. В настоящее время встретить композиционные материалы можно практически в любой отрасли. Из явных недостатков углеволокна можно сразу отметить лишь его относительно высокую стоимость. Связано это в том числе с и тем, что производители карбона вынуждены покупать дорогостоящее оборудование, а также во многих случаях применять ручной труд.

Многочисленные преимущества карбона делают возможным его применение в различных отраслях промышленности:

  • В авиации. Из углепластика создаются детали, которые значительно прочнее алюминиевых при снижении их веса до 10%.
  • В строительстве. Карбон увеличивает прочность и несущую способность бетонных конструкций.
  • В судостроении. Из карбона выполняют прочные и устойчивые к коррозии конструкции судов.
  • При строительстве железнодорожного полотна.
  • В ветроэнергетике и др.

Если вы захотели карбон на машину

Следует заметить, что при тюнинге автомобилей нередко применяют не оригинальный дорогостоящий материал, а используют имитацию карбона. Такая имитация может быть выполнена либо с помощью специальной карбоновой ПВХ-пленки, либо аквапечатью, либо нанесением аэрографии «под карбон».

применение карбона в формуле 1.jpg

Однако тюнинг с использованием настоящих композитных материалов на сегодня не теряет популярности, так как, кроме преобразования внешнего вида автомобиля, он позволяет сохранить жесткость и прочность деталей. Иными словами, композиционные материалы, и карбон в том числе, вовсе не просто так всё интенсивнее входят в привычный мир окружающих нас вещей (с их использованием уже изготавливаются предметы интерьера, компьютерные составляющие, детали бытовых приборов и многое другое). И, конечно, применение углепластика в автоспорте является незаменимой частью. Гоночные болиды практически полностью строятся из карбона, арамида и других композитных материалов. На сегодняшний день спортивные автомобили и карбон неразлучны.

Если вас также заинтересовал данный материал, для заказа изделий из карбона на машину вы можете связаться с представителями компании Carbon Composites. Вам обязательно ответят и проконсультируют по вопросам выбора и приобретения продукции.

Дизайн интерьера из карбона

domashnii-decor-iz-karbona.jpg

Дизайнеры — неугомонный народ, который находится в постоянном поиске новых форм, технологий и материалов, умело сочетая функциональность и высокое искусство.

Конечно, не обошли они вниманием и углепластик. Но в интерьер жилых помещений карбон пришел уже после того, как его стали активно использовать в оформлении салонов автомобилей премиум-класса. Это было связано с тем, что этот композитный материал прочнее металла, в связи с чем вещи из него не только красивы, но и в высшей степени функциональны. Более того, прочность карбона позволяет делать их более изящными, стойкими к разным температурам и влаге. Именно этим углепластик покорил сердца дизайнеров, предоставив им свободу творчества еще и в пространствах недвижимого имущества.

Карбон: почерк неповторимого стиля

У предметов интерьера из карбона есть единственный недостаток: этот материал требует соблюдения стиля. Но это не говорит о том, что всё вокруг необходимо делать из карбона! Скорее, наоборот — можно легко получить полную безвкусицу даже несмотря на то, что эти предметы недешевы. Просто углепластик имеет узнаваемый характерный рисунок и всегда будет центром внимания, даже если имеет вполне классические формы. По этой причине необходимо очень тонко чувствовать стиль и не перебарщивать с внедрением столь уникальных элементов в дизайн.

Чисто практичные вещи

ruchka-iz-karbona.jpg

Первая мебель из карбона — это отдельные дизайнерские эксперименты, которые появились пару десятков дет назад. Впрочем, сегодня ситуация не сильно продвинулась в массовое производство, и по-прежнему карбоновый интерьер больше относится к искусству.

Так, представленный впервые еще в 2004 г. стул из углепластика весил всего 3,7 кг, зато по прочности и грузоподъемности запросто оставил металлических конкурентов позади. Полые, буквально кружевные конструкции вызвали настоящий восторг публики.

Но не только эта строгая красота пленяет зрителей и пользователей. Ведь есть еще и прочность материала, которая дает возможность значительно продлевать срок службы такой мебели без риска потерять внешний вид.

Углепластик: ультралегкий и супержесткий

stol-iz-karbona.jpg

Пожалуй, ни для кого не секрет, что на рынке предметов интерьера немало вещей, выполняющих больше эстетическую функцию и не особо пригодных для использования. В случае с карбоном же любая вещь может быть создана именно для того, чтобы ею пользоваться. Поэтому сегодня можно приобрести элегантные столы, стулья, светильники, кровати и умывальники из углепластика, которыми можно не только любоваться. Хотя всевозможные подставки, вазочки и прочие сугубо декоративные предметы быта тоже полезны, так как сразу оживляют общую атмосферу, наделяя ее неповторимой изысканностью или статусной солидностью.

Кстати, мало кто знает, но карбону можно придать разные свойства и цвет. И, конечно, из него можно делать предметы разных размеров, включая даже большие ванны и декоративные винтовые лестницы.

Также этот материал часто объединяют со стекловолокном и полимерами, что в итоге дает идеально гладкие поверхности или интересные текстуры. Дизайнеры пробуют и новые структурные типологии. К примеру, из углеродного шнурка создают визуально невесомые конструкции, которые несмотря на большие размеры действительно весят не более 1 килограмма.

Идеей, достойной внимания, стала и скульптурная «позвоночная» структура, которая позволила создавать монументальные предметы с единой осью опоры без дополнительных поддерживающих элементов. Это имеет поистине футуристический вид — когда кажется, что конструкция парит в воздухе, соприкасаясь с опорой в двух-трех точках.

Всё это выглядит и нереальным, и невероятно красивым, притом что вполне функционирует и справляется с возложенным задачами.

Ценовая планка композитных материалов

Разумеется, найти такие предметы интерьера не так уж легко. Сегодня такую мебель делают, в основном, дизайнерские бюро в Европе (Германия, Италия), да и не в каждый дизайн такую мебель можно вписать гармонично.

И, как можно догадаться, всё это пока не по карману «простому смертному», тем более что чем крупнее формы и чем более замысловатые ее технологии, тем вещь дороже. Даже у карбонового стула нет ценового потолка — но и практически нет потолка долговечности!

Однако с удешевлением производственного процесса и у многих обывателей появляется перспектива добавить «карбоновую изюминку» в дизайн. Ведь возможность заказать предмет интерьера по собственным эскизам (например, у нас в Carbon Composites) позволяет получить уникальную вещь, которой можно не только пользоваться десятки лет, но и просто любоваться, повышая себе настроение и самоуважение.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона ⁠ ⁠

Меня зовут Павел.
Я занимаюсь изготовлением углепластика или, как его называют, карбон, и с удовольствием делюсь опытом.

Первые попытки освоить технологию сделал где-то полтора года назад. С тех прошло много времени и тем более приятно вспомнить первые шаги. В этом посте расскажу о своем первом учебном самостоятельном проекте детали из композита эпоксидной смолы и базальтового волокна.

Сама идея заняться карбоном возникла еще раньше, года три назад. Долго ее вынашивал и в какой-то момент решился. Первый месяц самостоятельных попыток и просмотра роликов на ютубе привел к куче израсходованного материала, смолы, тканей, жгутов и т.д. Оказалось, что даже пластину из карбона методом вакуумной инфузии не так-то просто сходу сделать. Немного помучавшись, понял, неплохо бы найти профессионалов для перенятия опыта. Нашел подходящих ребят, познакомились и ушел с головой в процесс обучения.
Такого кайфа от учебы в универе точно не получал. Прошло два месяца, азбука выучена, лекции записаны, лабораторки выполнены и я отправился в самостоятельное плавание. К тому моменту уже нашел первого заказчика. И до этого всё было в розовых тонах. Дальше начался бой и об этом речь пойдет ниже.

Мой первый проект — продолжение учебы, но в полевых условиях. Я договорился сделать из композита деталь, дабы уменьшить её вес. Деталь шла к мобильному лазерному станку. Станок представлял собой чемодан на колесах и предполагал постоянную перевозку между участками работы. К слову, он для лазерной наплавки пресс-форм; износилась кромка стальной матрицы — привезли лазер, выставили, настроились и наплавили специальной проволокой изношенный участок.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Вернемся к процессу.

Деталь это плита со сложными пазами и выборками, в которые укладывается оптика лазерного станка.

Чтобы что-то сделать из карбона, нужно сначала сделать матрицу — обратную к исходной поверхности деталь. А уже на матрицу выкладывать углеткань и пропитывать смолой.

Опишу создание матрицы коротко и скажу лишь, что работа шла три этапа: мастер-модель из пенопласта -> черновая матрица -> черновая деталь -> рабочая матрица.

Вот как выглядела рабочая матрица.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Это стеклопластиковая матрица с толщиной фланца 5-6 мм и шлифованным слоем гелькоута с наружной стороны.

Чтобы по этой матрице сделать деталь, нужно сначала подготовить выкройки. Такая сложная форма не позволяет положить углеткань одним куском. Для качественного соответствия геометрии, нужно подготовить большое количество маленьких кусочков ткани — выкройки. Всего я сделал около 300 выкроек — это примерно 60 штук на слой, а слоев было 5. Кстати, для первого раза я использовал не углеткань, а базальтовую ткань. Она попроще, а сама деталь была под покраску, поэтому изящество рисунка карбона было ни к чему.

Так выглядела базальтовая ткань со слоем клеями и размеченными выкройками.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Да, их было много, а работы еще больше.

Когда все 300 выкроек были подготовлены, вырезаны и подогнаны, настало время укладки и приклеивания на матрицу. Но сначала матрицу нужно очистить загрязнений, жирных пятен и прочего.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Затем, очищенная матрица покрывается специальным разделительным составом — воском. Это нужно, чтобы деталь намертво не приклеилась к матрице, а аккуратно без повреждений извлекалась из неё. Я использовал жидкий воск на основе ПВА. Воск наносится слоями от 3 до 5 в зависимости от марки и типа.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Затем приступил к расположению выкроек. Слой за слоем, в определенном порядке приклеивал маленькие кусочки ткани к матрице, пока она вся не обросла базальтовым панцирем.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Кстати, клей тоже специальный аэрозольный для инфузии.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Хотя выкройки делались по шаблону, всё равно каждый слой пришлось проверять и немного подгонять по месту.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

На предыдущем фото видно, как отходят выкройки. Сколько клея не нанести, пока уложишь последний слой, обязательно сколько-то выкроек уйдет. А это напрямую влияет на качество получаемой детали. Чтобы этого не произошло, во время пропитки вокруг детали собирается вакуумный мешок — хитрая слоистая конструкция для подачи и распределения эпоксидной смолы, откачки воздуха, создания надежного прижима.

Мешок собирается из нескольких слоев: жертвенная ткань, служащая буфером смолы и регулятором скорости пропитки; перфорированная пленка для быстрого разделения технических слоев от тела детали; проводящая сетка — быстрая доставка смолы по поверхности; магистральные и спиральные трубки для подачи смолы извне и откачки воздуха из мешка. Весь этот пирог накрывается вакуумной пленкой, которая крепится и уплотняется герметизирующим жгутом по фланцу матрицы.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Перед сборкой мешка нужно хорошенько продумать схему подачи и откачки смолы: сколько точек подачи, как провести линии подачи, где сделать быстрый ход смолы, а где нужно ее затормозить для гарантированной пропитки. Процесс до жути увлекательный, как само планирование, так и наблюдение за ходом смолы. Я пустил смолу с верхних точек детали, а магистрали откачки расположил с фланцев матрицы.

Когда мешок собран, его нужно откачать и проверить на герметичность. Собрать с первой попытки герметичный мешок не всегда удается. В этот раз мне пришлось даже переделывать мешок, так как первый мешок прорвался острой стеклопластиковой иголкой с обратной стороны матрицы. Так выглядит собранный и откачанный мешок, готовый к пропитке эпоксидной смолой.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

А вот так во время подачи смолы.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Процесс пропитки может идти от десятка минут до нескольких часов. Я пропитывал параллельно две детали и на инфузию ушло чуть больше часа.

За процессом нужно следить — когда ускорить подачу смолы, когда замедлить, а когда и вовсе перекрыть для добавления новой порции смолы в систему.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

До последнего держит в тебя напряжении, потому как наперед не знаешь, успеет ли пропитаться вся деталь до момента загустения смолы.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Всё это выглядит как пляски с бубном (маркером). Но вот все светлые участки потемнели, смола показалась в трубках на пути к насосу, а значит, можно выдохнуть и перекрыть подачу смолы. После этого оставляем деталь сохнуть минимум на сутки и уходим с приятным ощущением и предвкушением.

Через пару дней разбираю мешок и достаю деталь. Для первой разборки я потратил огромное количество времени — наверное, целый день отборной ругани и суеты. Деталь такой сложный формы у меня получилось достать с большим трудом, но когда достал, улыбался до ушей.

Так она выглядела после разборки и первой примерки с узлами лазера.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Потом была фрезеровка пазов, отверстий под кнопки и магниты, обрезка контура. Это отдельная история с фрезерной оснасткой, базированием и позиционированием по детали.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Потом была фрезеровка пазов, отверстий под кнопки и магниты, обрезка контура. Это отдельная история с фрезерной оснасткой, базированием и позиционированием по детали.

Пристрелка по весу:

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Окончательно склеенная деталь перед покраской в сборе с лазером выглядела так.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Ну и финальная версия после покраски.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

В итоге, учебный проект занял около 8 месяцев, приличное количество денег на материалы, инструменты, оборудование и мою работу. Я сразу относился к нему, как к вложению и не переживал лишнего. Вес удалось сэкономить с 10 кг до 1,2 кг. Очевидно, что делать подобную деталь из композитов методом вакуумной инфузии абсолютно нецелесообразно по трудоемкости и стоимости. Опыт — бесценный. С первого раза сделать деталь такой сложности — большая удача и не менее большая работа. С тех пор за такие масштабные штуки не берусь, но опыт этих месяцев использую каждый день.

Как говорится, если ты готов делать что-то бесплатно и ночами, возможно это то самое.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *