Поделки из углеволокна

Добавил пользователь Дмитрий К.
Обновлено: 04.10.2024

Эталонная модель-болванка должна иметь размеры, совпадающие с внешними обводами детали. Чем лучше будет качество ее поверхности, тем меньше потребуется отделочных работ для каждого изделия в дальнейшем. Обычно методом лакировки с промежуточным полированием стараются довести поверхность до зеркального блеска, чтобы готовые, отформованные в этой матрице детали нуждались только в окраске. В случае же применения тонированной смолы поверхности оказываются полностью готовыми. При изготовлении модели-копии можно воспроизвести имитацию заклепок и расшивки на матрице или еще на эталонной модель-болванке.

Для выклейки матрицы нужно вырезать из толстой фанеры рамку по форме осевого сечения болванки. Надев рамку на болванку, закрепите ее пластилином таким образом, чтобы одна из поверхностей рамки совпадала с плоскостью симметрии болванки. По линии сопряжения выполните из пластилина радиус скругления, равный примерно 2 мм.

Если планируется изготовить монолитную матрицу, на рамку нужно наложить окантовку из досок, имеющих высоту, большую чем половина ширины болванки. На болванку и соответствующие поверхности рамки наносится разделительный слой.

Через несколько часов его нужно натереть до блеска шерстяной тканью. Затем болванка вместе с рамкой оклеиваются стеклотканью. В местах резких прегибов укладывается стекловолокно, пропитанное эпоксидной смолой (его можно получить, разобрав рогожную стеклоткань).

Первый отформованный слой выполняется из стеклоткани толщиной 0,03 мм, затем применяется ткань толщиной 0,2-0,3 мм.

После отверждения смолы, болванка с рамкой аккуратно отделяются от полученной формы. Аналогично изготавливается и вторая, симметричная часть матрицы.

При выклеивании корок в полученной матрице применяются те же приемы, что и при ее изготовлении. Первый слой стеклоткани должен иметь толщину 0,02-0,03 мм,

Тип и общее описание материала

Ткань карбон (углеродная ткань или углепластик) представляет собой композиционный технический материал, который производится из углеродных волокон диаметром от 5 до 10 микрометров, в свою очередь получаемых в результате термической обработки в инертной среде органических волокон.

Под воздействием высоких температур атомы углерода, связанные в микроскопические кристаллы, выравниваются вдоль оси волокна. Несколько тысяч связанных вместе углеродных волокон образуют жгут, который можно использовать самостоятельно или для плетения ткани.

Одной из главных характеристик карбона является его термическая стойкость. Материал сохраняет все свои параметры даже при нагревании 1500-2000 градусов (при отсутствии во внешней среде кислорода).

Углеродные волокна, необходимые для армирования полотна, обычно комбинируют с другими материалами, чтобы сформировать композит.

Карбон широко применяются во многих отраслях промышленности, гражданском строительстве, аэрокосмической области, в военном деле, автоспорте и пр. Однако эти ткани относительно дороги в сравнении с материалами, произведенными из стекловолокна или пластмассовых волокон.

История происхождения

В 1958 году Роджер Бэкон из Огайо создал углеродные волокна путем нагревания до карбонизации шелковых нитей. Однако волокна содержали только 20% углерода и были недостаточно прочными и жесткими.

Но уже в начале 1960-х другой американец, Ричард Миллингтон, разработал способ производства почти полностью (99%) состоящего из углерода волокна с использованием в качестве прекурсора вискозы.

В конце 1960-х мировыми лидерами в производстве углеродных волокон стали японцы. Тогда же в качестве альтернативного сырья начал применяться нефтяной пек, полученный при переработке нефти.

Состав и свойства ткани

Тонкие нити углерода трудно порвать, они выдерживают даже очень сильное натяжение, но их достаточно легко сломать. Именно поэтому углеродные волокна используются, в основном, только в виде полотна. Внешний вид этой ткани обычно зависит от линейной плотности пряжи и выбранного типа переплетения. Самые распространенные виды переплетения — саржа, атлас и полотняное. Пряжа из углеродных волокон также может быть связанной или плетеной.

Зарегистрируйте новую учётную запись в нашем сообществе. Это очень просто!

Важная информация

Пользуясь форумом Вы принимаете Политика конфиденциальности и Правила. Мы разместили cookie-файлы на ваше устройство, чтобы помочь сделать этот сайт лучше. Вы можете изменить свои настройки cookie-файлов, или продолжить без изменения настроек.

Кованый карбон — знакомимся со старым знакомым

Этот монохромный шедевр чем-то напоминает некоторые виды мрамора, канкринитсодержащий мариуполит (плутоническая порода) и даже аэрофотоснимок округа Аламанс в Северной Каролине (США).

Округ Аламанс, Северная Каролина

Но это только внешне!

Углепластик, который вы знаете

Так уж вышло, что нашему потребителю чаще на глаза попадается карбон с четко организованным рисунком, характерным для определенных видов препрегов. Как правило, рисунки узнаваемые — они подчеркивают точную геометрию прямых линий изделия, как и любую другую, даже если геометрия сплошь криволинейная. Это — одно из визуальных свойств углепластика: усиливать строгость прямых углов и эффектно компенсировать кривые.

Элегантный хаос рисунка

Подобно тому, как невозможно найти два одинаковых рисунка натурального мрамора, так невозможно получить два одинаковых рисунка кованого карбона. Его отличительная внешняя особенность — именно в неровных и ассиметрично расположенных осколках разных оттенков серого. Так что, если вы — обладатель цельной вещи или детали из кованого углерода, то можете не сомневаться, что второй такой нет ни у кого.

Как и когда была создана технология кованых композитов

Кованый карбон был изобретен еще в середине 2000-х гг. одним из крупнейших и известнейших итальянских автопроизводителей — Lamborghini. Целью, из-за которой вообще началось это движение, была попытка снизить стоимость композитных деталей и повысить темпы производства. Просто в то время инженеры-технологи Lamborghini как раз пытались найти замену кованым алюминиевым рычагам управления подвеской.

Объединившись, компания по производству изделий для гольфа Callaway Golf Company, Вашингтонский университет и, собственно, автопроизводитель Lamborghini совместно провели обширные исследования с последующей разработкой материала, который обладал такими уникальными характеристиками:

превосходная устойчивость к усталостному разрушению;

невосприимчивость к воздействию влаги;

высокая устойчивость к повреждениям и дефектам;

более низкий модуль упругости по сравнению с алюминием;

высокая механическая прочность;

что немаловажно для итальянцев — более высокая адаптивность к потребностям дизайнеров.

Так или иначе, технология кованых углепластиков дебютировала в 2010 году в конструкции суперкара Lamborghini Sesto Elemento, где этот материал был использован для изготовления рычагов управления, монококового шасси и множества других комплектующих. Это позволило снизить общий вес модели Sesto Elemento на 25 %(!). А процесс изготовления всех деталей от сырья до готового продукта занял не более часа!

Что же это такое — кованый карбон?

По словам Фераболи, кованый композит — это не конкретный материал или отдельный процесс, а комплексная технология, которая сочетает в себе характеристики материала, технические характеристики процесса, а также инженерные и конструкторские знания, которые в совокупности позволяют создать отдельную композитную деталь из углеродного волокна.

Несколько слов об авторе и его открытии

Изобретатель является и вдохновителем, и автором технологии получения кованых композитов. Но нельзя сказать, что идея пришла ему вдруг. Еще задолго до первых образцов Фераболи экспериментировал с измельченными углеродными волокнами и понял, что этот материал на самом деле является очень выносливым и невосприимчивым к большому износу. В конечном итоге открытие и привело к разработке передовой технологии компрессионного формования, использующей разные составы для формования листов из углеродного волокна.

Кроме того, технология дала неограниченные возможности в формировании сложных геометрических форм без особых изысканий в плане точной ориентации волокон. Именно эти преимущественные отличия от традиционных технологий сделали данную методу получения кованого карбона полезной для производства сложных деталей со множеством отверстий и креплений.

Как результат, широко разрекламированный компанией Lamborghini запуск производства этого материала и использование его в собственных суперкарах действительно помог продвинуть в мейнстрим и популяризировать кованый углепластик как альтернативу традиционным углеродным полотнам.

Отличие углеродного волокна от обычного

Как правило, углепластиковое волокно получают укладывая препреги в форму и заливая их смолой в нескольких вариациях данного процесса. Кованый карбон тоже получают несколькими способами. Например, можно использовать специальную пасту из волокон, смешанных со смолой, чтобы впоследствии спрессовать ее под давлением в различных пресс-формах. Также его можно получить из мелких рубленых углеродных волокон.

Суть технологии

Как уже должно быть понятно, кованый карбон получают из неотвержденного пластика, смешанного с короткими случайно расположенными нитями углеродного волокна. Причем, в отличие от традиционных листов из композитного волокна, материал не требует тщательной резки и точной укладки в пресс-формы.

После того как масса (углеродное волокно, тщательно пропитанное смолой) помещается в горячую пресс-форму, она сжимается под высоким давлением, нагревается — и всё! На свет появляется такое же легкое и прочное изделие, как и изделие, созданное из композитного волокна традиционными технологиями (вакуумная инфузия, автоклавирование и др.). А сам процесс выглядит весьма похожим на ковку металлов, отсюда и название — кованый углерод.

При этом одним из главных отличий технологии получения кованого углепластика является время, поскольку изделие производится в течение нескольких минут, а не часов, как этого требуют другие технологии. Получается, что теперь с углеродным волокном можно обращаться так же, как на протяжении десятилетий автомобильная промышленность обращалась со сталью, алюминием и неармированным пластиком. И это меняет привычные правила производства. Детали из кованого карбона становится возможным просто штамповать.

Так ли всё просто?

Казалось бы, всё — решение найдено и остальные технологии можно убрать в утиль. Но не нужно спешить. Когда речь идет о сложных и ответственных деталях, необходим тщательный микроструктурный анализ, анализ отказов, а также опыт и оборудование для правильной ковки композитных деталей. Небрежность в производстве не приведет ни к чему хорошему.

Но всё же изготовление изделий из кованого карбона для массового производства более перспективно, хотя по цене подобные детали всё равно остаются в премиум-сегменте.

Если ли способы имитации?

Однако заполучить красивую текстуру кованого углепластика можно и без использования пресс-формы. Для этого есть несколько способов, заслуживающих внимания.

Кованый карбон-препрег

Использование препрегов — распространенная концепция получения изделий из композитов. Заключается она в следующем: когда производят деталь из углеволокна, берут сухую карбоновую ткань, помещают в форму и хорошо пропитывают смолой. Такой предварительно пропитанный смолой (в правильном соотношении) препрег может быть идеальным вариантом, который сократит технологический процесс получения детали как таковой.

Да, это действительно здорово, но и дорого. Кроме того, такой препрег требует определенной температуры и сроков хранения, по истечении которых он становится непригодным для дальнейшего процесса.

Но если использовать препрег в виде сухих нарезанных волокон, его можно использовать как способ наложения внешнего слоя с использованием стандартных технологий и углеродных тканей.

Сухая ткань с текстурой кованого углепластика

Это один из уникальных материалов, структура которого состоит из сплавленных друг с другом измельченных волокон и тонкой нетканой подложкой из углеродного волокна. В результате получается идеальная имитация кованого карбона. Также материал является хорошей альтернативой препрегу, поскольку у него внутри нет эпоксидной смолы и никаких особых условий хранения он не требует, как и не имеет срока годности.

Но, несмотря на это, материал нельзя назвать дешевым, а такую многоступенчатую технологию — не требующей опыта.

Ручная укладка рубленых волокон

Сразу можно отметить, что это — максимально недорогая и доступная альтернатива: рубленные волокна продаются просто на вес и могут иметь разную длину, что дает свободу в выборе будущей текстуры.

Волокна вручную насыпают в форму или накладывают их на готовую деталь. В этом случае получается нужная фактура и очень эстетичный продукт.

А чтобы еще больше удешевить процесс, можно использовать обрезки углеткани, хаотично нарезав ее кусочки. Далее последовательность операций трудоемкая, но несложная: нужная поверхность тщательно шлифуется (если необходимо) и обрабатывается обезжиривателем, малярной лентой защищаются нужные места, далее идет нанесение эпоксидной смолой с отвердителем. После этого нарезанные (или измельченные) волокна распределяются по поверхности и опять наносится эпоксидная смола с отвердителем. Далее поверхность укатывается, разравнивается, накрывается — и через 12 часов производится ее финишная обработка.

Конечно, придется повозиться, особенно если делать это самостоятельно, в гараже. Если же приложить старание и не отходить от технологии, может получиться очень эффектно. Но всё же лучше обратиться к специалистам Carbon Composites, чтобы всё было проделано качественно, а результат действительно впечатлял.

Плюсы и минусы использования кованого углепластика

Причины для этого упоминались выше, но основных — две:

Возможность выполнить детали любых сложных форм.

Минимальные затраты времени.

Однако тканое углеродное полотно накладывает некоторые ограничения на форму создаваемого изделия. Например, такие нюансы, как угол в 90 ⁰ тканым материалом выполнить очень трудно, поскольку крайне сложно идеально сжать материю в угол.

Также укладка углеродной ткани требует внимания и навыков, чтобы избежать ошибок, которые могут стоить не только неидеальным внешним видом, но и снижением прочности.

Но на самом деле в технологии кованого карбона основная сложность сводится лишь к изготовлению пресс-формы. Далее получить деталь без дефектов уже гораздо проще и быстрее. Кроме того, с ним возможно создание трехмерной детали, которую можно подвергнуть дальнейшей механической обработке.

Шкурный вопрос: что выгоднее?

Если речь идет о массовом производстве, основные первоначальные затраты — это изготовление пресс-формы, что недешево, не говоря уже о возможности сделать компрессионную формовку. Но когда пресс-форма уже есть, можно изготавливать детали большими партиями, что очень затратно для других технологий. Здесь же наоборот: чем больше партия изделий, тем меньший процент стоимости оснастки будет включен в ее конечную цену.

Одним словом, классическая технология получения изделий из кованого углепластика больше подходит для серийного производства.

Так ли прочен кованый карбон?

В этом вопросе не утихают споры. Поклонники углеродного волокна отмечают, что, используя стандартную ткань, можно сделать более прочную деталь, так как, меняя ориентацию волокон, прочность можно регулировать и контролировать, в то время как нарезанные волокна короткие и не выровнены в определенном направлении. Они не дают возможности, меняя направление, манипулировать прочностью.

Иными словами, методы получения композитных изделий имеют свои плюсы и минусы. Что использовать в каждом конкретном случае, однозначно не сказать. Всегда приходится думать об основных требованиях: прочность, эстетика, объем детали, сложность ее формы, время изготовления и что это всё будет в конечном итоге стоить.

Читайте также: