Как сделать сухой карбон
Добавил пользователь Владимир З. Обновлено: 04.10.2024
Полимерные композиционные материалы получили широкое применение не только в мире производства и тюнинга спортивных автомобилей, но и в авиации, судостроении. Ранее мы рассматривали, как самостоятельно оклеить кузовную деталь пленкой под карбон. Сейчас рассмотрим, как изготовить карбон своими руками.
Методы изготовления
Карбонопластики, а именно так еще называют композитные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, могут быть изготовлены 3-мя способами:
- метод ручной формовки;
- способ вакуумной формовки;
- изготовление с выпеканием в автоклавах.
Изготовление карбоновых элементов в промышленных масштабах требует дорогостоящего оборудования, поэтому в домашних условиях карбон можно произвести только методом ручной либо вакуумной формовки.
Что нужно для изготовления
Для изготовления карбона вам потребуется:
- углеродное волокно. Различается способом плетения и плотностью, измеряющейся в граммах на метр квадратный (гр/м2);
- разделитель (к примеру, Loctite 770 NC). Применяется для легкого разделения карбонового элемента и матрицы после высыхания. Материал наносится на матрицу детали либо горизонтальную поверхность, на которую будет укладываться лицевой слой карбонового элемента. Лицевой слой может быть только один, если на обратной стороне не требуется создание красивой карбоновой текстуры;
- матрица. Для создания горизонтальных деталей можно использовать кусок стекла либо зеркала. Поверхность должна быть как можно ровнее, так как все дефекты покрытия отформуются на изготовленной детали;
- эпоксидная смола (к примеру, EPR 320);
- отвердитель к смоле (как вариант – EPH 294);
- инструмент для выкройки углеродного волокна. Можно использовать обычные ножницы, но будьте готовы к тому, что резка волокна быстро затупит инструмент. Если планируете изготавливать карбоновые детали серийно, рекомендуем купить электроножницы (эффективность продемонстрирована на видео).
Необходимость дополнительных инструментов и материалов зависит от выбранного способа изготовления. Как бы вы ни старались, но изготовить прочный карбон методом ручной формовки без дополнительной термообработки не получится.
![]()
Метод ручной формовки
Методика производства достаточно проста:
- поверхность матрицы очищается от всех загрязнений;
- равномерно по всех поверхности, в несколько тонких слоев наносится разделитель;
- на поверхность наносится слой приготовленной смолы;
- укладывается слой углеродистой ткани;
- волокно пропитывается эпоксидной смолой. Между первым слоем и матрицей, а также между последующими слоями не должно быть пузырей воздуха. Распределять смолу можно обычной кисточкой, пузыри воздуха удобно выгонять валиком;
- накладывается следующий слой, после чего процедура повторяется до набора необходимой толщины детали;
- после укладки финального слоя горизонтальные детали можно спрессовать ответным куском стекла либо зеркала. В таком случае обе стороны детали получат глянцевую поверхность и четкую структуру карбона.
Поскольку стоимость углеродного волокна нельзя назвать демократичной, между первым и последним слоем углеродной ткани можно укладывать стекловолокно. Стеклоткань не должна быть грубой, чтобы не нарушать финальную форму.
Для удешевления изготовления облегченных деталей часто элемент лишь ламинируется углеродным волокном – оно укладывается только в качестве лицевого слоя кузовного элемента автомобиля.
Метод вакуумной формовки
Помимо стандартного набора материалов и инструментов, для изготовления карбоновых элементов методом вакуумной инфузии вам потребуются:
- жертвенная ткань;
- проводящая сетка. Используется для распределения смолы и отвода воздуха;
- вакуумная пленка. Использовать обычную пленку нельзя, так как она не способна выдержать высокую температуру и не обладает высокой способностью к растяжению;
- вакуумный насос. Для изготовления небольших деталей подойдет простой одноступенчатый масляный насос;
- герметизирующий жгут;
- спиральная трубка для подачи смолы и забора воздуха;
- вакуумная трубка;
- зажимы для трубок (струбцины);
- вакуумная ловушка. Используется в качестве уловителя эпоксидной смолы, попадание которой в вакуумный насос выведет его из строя. Соорудить ловушку можно своими руками из подручных средств.
Духовой шкаф для постотвержения элементов из карбона можно также соорудить своими руками. Учтите, что термическая обработка должна производиться при определенной температуре, поэтому следует продумать возможность регулировки и поддержания заданного градуса.
Полимерные композиционные материалы получили широкое применение не только в мире производства и тюнинга спортивных автомобилей, но и в авиации, судостроении. Ранее мы рассматривали, как самостоятельно оклеить кузовную деталь пленкой под карбон. Сейчас рассмотрим, как изготовить карбон своими руками.
Методы изготовления
Карбонопластики, а именно так еще называют композитные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, могут быть изготовлены 3-мя способами:
- метод ручной формовки;
- способ вакуумной формовки;
- изготовление с выпеканием в автоклавах.
Изготовление карбоновых элементов в промышленных масштабах требует дорогостоящего оборудования, поэтому в домашних условиях карбон можно произвести только методом ручной либо вакуумной формовки.
Что нужно для изготовления
Для изготовления карбона вам потребуется:
- углеродное волокно. Различается способом плетения и плотностью, измеряющейся в граммах на метр квадратный (гр/м2);
- разделитель (к примеру, Loctite 770 NC). Применяется для легкого разделения карбонового элемента и матрицы после высыхания. Материал наносится на матрицу детали либо горизонтальную поверхность, на которую будет укладываться лицевой слой карбонового элемента. Лицевой слой может быть только один, если на обратной стороне не требуется создание красивой карбоновой текстуры;
- матрица. Для создания горизонтальных деталей можно использовать кусок стекла либо зеркала. Поверхность должна быть как можно ровнее, так как все дефекты покрытия отформуются на изготовленной детали;
- эпоксидная смола (к примеру, EPR 320);
- отвердитель к смоле (как вариант – EPH 294);
- инструмент для выкройки углеродного волокна. Можно использовать обычные ножницы, но будьте готовы к тому, что резка волокна быстро затупит инструмент. Если планируете изготавливать карбоновые детали серийно, рекомендуем купить электроножницы (эффективность продемонстрирована на видео).
Необходимость дополнительных инструментов и материалов зависит от выбранного способа изготовления. Как бы вы ни старались, но изготовить прочный карбон методом ручной формовки без дополнительной термообработки не получится.
![]()
Метод ручной формовки
Методика производства достаточно проста:
- поверхность матрицы очищается от всех загрязнений;
- равномерно по всех поверхности, в несколько тонких слоев наносится разделитель;
- на поверхность наносится слой приготовленной смолы;
- укладывается слой углеродистой ткани;
- волокно пропитывается эпоксидной смолой. Между первым слоем и матрицей, а также между последующими слоями не должно быть пузырей воздуха. Распределять смолу можно обычной кисточкой, пузыри воздуха удобно выгонять валиком;
- накладывается следующий слой, после чего процедура повторяется до набора необходимой толщины детали;
- после укладки финального слоя горизонтальные детали можно спрессовать ответным куском стекла либо зеркала. В таком случае обе стороны детали получат глянцевую поверхность и четкую структуру карбона.
Поскольку стоимость углеродного волокна нельзя назвать демократичной, между первым и последним слоем углеродной ткани можно укладывать стекловолокно. Стеклоткань не должна быть грубой, чтобы не нарушать финальную форму.
Для удешевления изготовления облегченных деталей часто элемент лишь ламинируется углеродным волокном – оно укладывается только в качестве лицевого слоя кузовного элемента автомобиля.
Метод вакуумной формовки
Помимо стандартного набора материалов и инструментов, для изготовления карбоновых элементов методом вакуумной инфузии вам потребуются:
- жертвенная ткань;
- проводящая сетка. Используется для распределения смолы и отвода воздуха;
- вакуумная пленка. Использовать обычную пленку нельзя, так как она не способна выдержать высокую температуру и не обладает высокой способностью к растяжению;
- вакуумный насос. Для изготовления небольших деталей подойдет простой одноступенчатый масляный насос;
- герметизирующий жгут;
- спиральная трубка для подачи смолы и забора воздуха;
- вакуумная трубка;
- зажимы для трубок (струбцины);
- вакуумная ловушка. Используется в качестве уловителя эпоксидной смолы, попадание которой в вакуумный насос выведет его из строя. Соорудить ловушку можно своими руками из подручных средств.
Духовой шкаф для постотвержения элементов из карбона можно также соорудить своими руками. Учтите, что термическая обработка должна производиться при определенной температуре, поэтому следует продумать возможность регулировки и поддержания заданного градуса.
Карбон — это широко используемый термин у которого есть множество других названий, таких как настоящий углерод или полный углерод, углеродное волокно или углепластик. В этой статье мы обобщили важную информацию о карбоне.
Карбон и что нужно знать!
В течение многих лет композитные материалы из углеродного волокна использовались в экстремальных видах спорта и для производства компонентов интерьера и экстерьера для суперкаров (Koenigsegg, Lamborghini, McLaren, Pagani Zonda). Автомобили Формулы 1 в основном состоят из композитов, содержащих углеродное волокно.
Из чего состоит карбон?
Карбон состоит из двух компонентов. Их комбинация делает карбон таким прочным, долговечным и ценным. Первая часть это углепластик и его волокна. А вторая — это матрица из эпоксидных смол. Первый дает изделию прочность и жесткость, а матрица защищает волокна от всяческих вредных воздействий окружающей среды, и в то же время обеспечивает превосходное распределение действующих сил.
Вес, толщина и прочность карбона. Видео о свойствах материала:
Какой бывает карбон? Типы:
Классический карбон (корпус):
Вероятно, самый известный и наиболее используемый тип карбона в автомобильной промышленности — это тип материала кузова (саржевое переплетение 2 × 2) , в основном бывает с глянцевой поверхностью. Диагональный ходовой узор, через который две системы ниток чередуются дважды. Этот вид карбона используется при производстве в основном в автомобилях Audi, BMW, Mercedes-Benz и Porsche.
Кованый углерод:
Forged Carbon (кованый углерод) один из типов карбона, Lamborghini разработала композит из углеродного волокна, который впервые был использован в Lamborghini Sesto Elemento. В отличие от обычных материалов из углепластика, Forged Carbon основан не на длинных, а на укороченных и прессованных пластиковых волокнах. Структура Forged Carbon очень похожа на камуфляж .
Феррари или льняной карбон:
Это карбон, который по структуре напоминает полотно — Canvas (полотняное переплетение 1 × 1), которое является ближайшей доступной углеродной тканой структурой. Пересечение систем нитей создает узор шахматной доски. Эта углеродная структура в основном используется в автомобилях Ferrari.
Формула 1:
Этот тип карбона показывает истинный характер автоспорта благодаря своему грубо плетеному корпусу. Этот тип углерода имеет такое название, потому что он используется в большинстве гоночных автомобилей Формулы 1 . Многие элементы современных автомобилей Формулы 1, такие как рулевые колеса, аэродинамические детали или различные элементы шасси, основаны на легком материале и особой конструкции. Более того, Formula 1 Carbon используется в моторном отсеке моделей BMW M2 Competition F87, M3 F80 и M4 F82 / F83.
Какого цвета карбон?
Карбон конечно черного цвета , поэтому что уголь, из которого он производится — изначально черный. Однако карбоновые поверхности можно окрашивать как в процессе производства, так и поверх готовой детали. Чаще всего карбон используют черного или белого цвета ( и оттенков серого) с сохранением оригинального рисунка плетения, чтобы показать, что деталь произведена из карбона.
Окрашивание углеродного компонента в цвет придает поверхности другой яркий вид. Существуют различные варианты получения цветного карбона. Когда окраска происходит в момент создания материала а не наносится поверх — то рисунок волокон сохраняется, что сигнализирует о том, что деталь карбоновая. Этот эффект особенно заметен на солнце.
Если красить поверх — то карбоновый рисунок пропадет. Конечно, если вам важны сами качества карбона а не внешний вид, то деталь можно красить, скрыв карбоновую структуру. Однако не стоит наносить бесцветный лак на карбоновые детали! Лак теряет цветостойкость и желтеет! В качестве альтернативы покраски также есть варианты с цветной смолой.
Отделка или герметизация карбоновых деталей
Конечно, это также имеет решающее значение для внешнего вида и качества прокладки карбоновых деталей, так называемого торца. Это защищает от вредных ультрафиолетовых лучей и других воздействий окружающей среды. Для герметизации вы можете выбрать один глянцевый лак или один из полуматовых лаков Clear.
Какая ткань из углеродного волокна самая прочная?
Для прямого сравнения возьмем тип холста 1 × 1 более естественный но не такой прочный, как материал корпуса 2 × 2 . Почему — это легко объяснить: если углеродные волокна натянуты, они снова попытаются выпрямиться. Однако благодаря особому расположению узора в формате полотняного переплетения волокна могут не просто натягиваться, но и прижиматься друг к другу. В результате ткань с трудом выдерживает сильное давление и разрыв. С плетением 2 × 2 корпуса достигается большая прочность на разрыв .
Какие бывают виды карбона?
Настоящий карбон
Есть тип карбона, который также часто используется в промышленности и называется — настоящим карбоном. Однако эта маркировка означает только настоящее углеродное волокно и то, что для его производства не использовались имитационные волокна или пленки.
Из углеродного волокна
Как следует из названия этого сорта углерода, он называется углеродным волокном для того, чтобы пользователь мог сразу планировать куда его применить — в детали или другие назначенные области применения. Решающим фактором в случае углеродного волокна является первоклассный оптический слепок. Волокна пряжи на поверхности всегда должны выходить прямыми или параллельными.
Полный карбон
Другой тип карбона — это карбон Full Carbon. Он полностью сделан из углерода, т.е. на 100 процентов из углеродного волокна. Использование такого карбона приносит огромную экономию общего веса, но это отражается на цене.
Углеродная фольга
Углеродная фольга — недорогая замена другим видам карбона. Используя углеродную фольгу, вы можете получить дешевое углеродное волокно, напоминающее его по внешнему виду, ну и проявить творческий подход. Однако при ближайшем рассмотрении не хватает хорошо известной глубины, также известной как трехмерный узор. Это также не дает никакого преимущества в весе (а наоборот), так как фольга наносится непосредственно на элементы.
Печать с переливом воды
Еще одна не дорогая альтернатива полностью карбоновому покрытию — нанесенный углеродный узор Water Overflow Printing. Как пленки углерода, эта технология Kein дает преимущество веса. Ее популярность объясняется тем, что она представляет собой довольно универсальный и практичный материал для творчества, позволяющий лепить буквально что угодно. Еще один недостаток — это оптический слепок, потому что обычно рисунки, используемые при печати с переливом воды, хуже, чем, например, углеродная фольга.
CFR / CFRP
Здесь необходимы два разных компонента / материала, чтобы сделать прочную, легкую и недорогую деталь из карбона. Компонент углепластика может быть очень прочным и дешевым в производстве препрега.
Как производится карбон — детали технологических процессов
Помимо различных типов углерода в автомобильной промышленности, существуют также различные типы технологического проектирования карбона. Мы хотели бы вкратце представить их:
Ручное ламинирование
Самый простой и самый старый метод в процессе штамповки. Технологический процесс называется ручным ламинированием. Поскольку должны быть соблюдены только минимальные технические требования, эта технология подходит для небольших серий и очень простых компонентов. Но как эта техника работает сейчас? При ручном ламинировании каждое волокно вручную пропитывается смолой с помощью кисти или валика. Затем следует модификация, а именно — шлифовка, покраска прозрачным лаком или аналогичные дополнительные шаги.
С другой стороны, эту технику трудно превзойти по возможности создания сверхлегких деталей.
Метод впрыска
Этот техпроцесс впечатляет соотношением цены и качества и в то же время дает хорошие результаты. В процессе инжекции волокно помещается в форму и закрывается пакетом или вакуумной фольгой. Далее следует пропитка. Смолу выливают в пресс — форму под давлением до 20 бар.
Мокрый препрег
Препреги — это композиционные материалы-полуфабрикаты. Их получают путем пропитки армирующей волокнистой основы равномерно распределенными полимерными связующими.
Процессы высочайшего качества мокрого препрега при производстве изделий из углеродного волокна используются в Формуле 1 и в авиации. Во время процесса препрега волокно, уже покрытое специальной смолой, предварительно пропитывается . Таким образом, можно легко контролировать содержание смолы в ткани и создавать сверхлегкие детали.
В частности, при производстве передних губ, крышек багажника или задних диффузоров и спойлеров из углеродного волокна используется мокрый препрег. Название технологии связано с тем, что точно дозированное количество смолы наливается прямо на ткань, и структура пропитывается. Тогда карбон затвердевает при комнатной температуре.
Сухой препрег
Сухая намотка — более прогрессивный способ, нежели мокрая. При сухом методе для намотки используются препреги из нитей, жгутов и лент. Пропитка и подсушка выполняются на специализированных заводах отдельно от намотки, что позволяет расширить диапазон применяемых полимерных связующих за счет использования различных растворителей. Связующие с растворителями имеют низкую технологическую вязкость, а это позволяет добиться высокого качества в равномерности пропитки.
В процессе с использованием сухого препрега каждое изменение должно происходить отдельно, и дозирование количества смолы должно быть очень точным, чтобы изделия не становились липкими. После придания формы деталям требуется несколько часов для запекания при температуре 120 ° C. Это сложное производство, что и влияет на цену.
Детали из сухого углерода обычно так же дороги, как и детали из влажного углерода. Однако решающим фактором является чрезвычайно высокая потеря веса, вызванная процессом сухого препрега. Поэтому у тюнеров высокого класса нет альтернативы.
Углерод как материал
Он прочный и легкий, но в случае аварии материал может преподнести сюрпризы. Когда Карбон раскалывается, образуется много ядовитой пыли. Когда углепластик начинает гореть, образующиеся микроволокна обладают эффектом асбеста. Выброшенные при пожаре микрочастицы углерода проникают глубоко в легкие.
Как сделать карбон своими руками — видео:
Вывод:
По мере развития все более сложных производственных процессов, происходит внедрение и создание инновационных и доступных технологий. Все чаще для проектирования и создания высококачественных изделий, используется углепластик — Карбон.
Промышленное изготовление карбона — видео:
Чтобы получить деталь из карбона, нужно изготовить матрицу — форму для литья, уложить туда переплетенные нити углеродного волокна (углеткань), залить их специальной смолой и провести термообработку. За счет уникальных свойств углеткани и эпоксидных смол получается материал прочнее стали и вдвое легче самого легкого металлического сплава. У команды Бойцова и Хоробрых ушло больше года на то, чтобы сделать этот процесс четким и предсказуемым.
Комментарии экспертов
Аркадий Селезневруководитель трека Aerospace, директор по проектам РЦИ StartupSamara
Бойцов — хороший предприниматель. Я легко могу себе представить его действия в ситуации, когда для решения очередной задачи он не найдет на рынке, например, нужных смол: Андрей наймет химиков и займется разработкой новых смол. Тогда инжиниринговый бизнес превратится в инновационный. Андрей — очень работоспособный человек. Я искренне желаю ему и его команде успеха.
Олег Мальсаговпредприниматель, советник по развитию ректора Университета ИТМО, ментор трека Aerospace GenerationS
Читайте также: