Что такое углепластик (карбон)

Кратко о композитных изделиях из стеклопластика и углепластика Солидтех

Часть 1. Поскольку статья получилась внушительных размеров, разбили ее на две части. В данной части затрагиваются вопросы свойствах и преимуществах изделий из стеклопластиков и углепластиков, поскольку на сегодняшний день изделия из композитных материалов приобретают все большую популярность и распространенность в различных сферах деятельности начиная от изделий для повседневного быта и заканчивая атомными станциям.

ОПИСАНИЕ СТЕКЛОПЛАСТИКОВ И УГЛЕПЛАСТИКОВ:

Стеклопластик/углепластик — композитный материал, который состоит из наполнителя в виде стеклянных либо угольных нитей, жгутов (так называемого роввинга), тканей и матов, связующим которого выступают синтетические полимерные смолы. Так же распространено применение рубленого волокна.

Основными полимерными смолами в качестве связующего выступают:
полиэфирные смолы
феноло-формальдегидные смолы
эпоксидные смолы
кремний-органические смолы
полиимиды
алифатические полиамиды
поликарбонаты
и др.

СВОЙСТВА СТЕКЛОПЛАСТИКОВ И УГЛЕПЛАСТИКОВ:

Для стеклопластиков и углепластиков свойственна комбинация высоких прочностных, диэлектрических свойств, сравнительно низкой плотности и теплопроводности, высокой атмосферной, водной и химической стойкости. Характеристики наполнителя, стабильность его связей со связующим, а также температура обработки и эксплуатация изделия по большей части определяет механические свойства готового продукта.
Внушительными прочностными характеристиками и твердостью, обладают такие изделия из стеклопластиков и углепластиков, которые содержат ориентированно расположенные непрерывные волокна.

Стеклопластик и углепластик характеризуется крайне ценными свойствами, которые по праву дают ему им возможность называться одним из материалов будущего. Далее мы перечислили, некоторые из них:

Удельный вес стеклопластиков колеблется от 1,6 до 2,1 г/см3, углепластики могут быт еще легче вплоть до 1,5 г/см3. Один из наиболее легких металлов алюминий, имеет удельный вес 2,7 г/см3, а удельный вес стали значительно превышает эти отметки, и составляет – 7,8 г/см3.
Получается, что при такой разнице в весе по отношению к металлам и имея высокие прочностные показатели, композитные изделия из стеклопластиков и углепластиков могут значительно снизить потребление энергии за счет снижения веса к примеру того же самого электро-автомобиля, а об эффективности применения композитов в летательных аппаратах от БПЛА до Космических аппаратов!

Немаловажным фактором низкого веса изделий является и снижение логистической нагрузки, к примеру композитные перильные ограждения из стеклопластика гораздо легче аналогичных изделий из металла, при этом по прочностным характеристикам совершенно им не уступают, а в отношении эксплуатационных показателей, гораздо превышают их.

Стеклопластики обладают хорошими показателями электроизоляционной защиты, поэтому сейчас их активно применяют в различных отраслях энергетики, примером таких изделий служат стеклопластиковые кабельные лотки.

Углепластик напротив является хорошим токопроводником, поэтому получил распространение в нагревательных элементах, в том числе походного типа, самая обычная верхняя одежда с вшитыми тонкими пластинами углепластика подключенного к переносному источнику питания позволяет поддерживать на достаточно долгом уровне тепло!

Применение ряда полиэфирных смол позволяют получить изделия из стеклопластиков и углепластиков стойких к различным агрессивным средам, в том числе к воздействию концентрированных кислот и щелочей. Примером применения служат композитные лестничные трапы для химических производств и система

Окрашивание стеклопластиковых изделий происходит в момент формирования изделия, применение дополнительных стабилизаторов и устойчивых к УФ излучению красителей позволяют сохранять цвет изделия в течении долгого времени.

Углепластик по определению естественно черный.

При своем малом весе, стеклопластик характеризуется высокими физико-механическими свойствами.

Стеклопластиковые изделия сами по себе обладают низкой теплопроводностью, однако и их теплоизоляционные свойства можно повысить путем изготовления конструкции типа «сендвич», используя пористые материалы типа пенопласта. Благодаря такой комбинации можно добиться дополнительно еще и снижения звукопроницаемости.

Читайте также:  Стол для шитья, критерии выбора, мастер-класс по изготовлению

Существует множество способов и технологий для производства изделий из стеклопластика, одни требуют достаточно серьёзных первоначальных вложений, в другие почти не придется вкладываться. К примеру при ручном формовании изделий из стеклопластика требуется матрица и небольшой набор ручных инструментов. При этом матрица может быть изготовлена практически из любого материала начиная от дерева и заканчивая металлом. В данном случае при выборе материала изготовления необходимо лишь понимать, какое кол-во изделий вы собираетесь снять с одной оснастки.

Ядерный тест. Прочность космических материалов проверили радиацией

Российские физики проверили на прочность отечественные композитные материалы, сообщает пресс-служба Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

Углепластик состоит из двух материалов: армирующего углеродного волокна и полимерной матрицы (связующего). Прочностные характеристики материала на растяжение обеспечиваются в основном за счет углеволокна. За остальные механические параметры, такие как прочность на сжатие и сдвиг, в основном отвечает связующее.

«Один из лучших на сегодняшний день вариантов связующего для композитных материалов – цианат-эфирные связующие. Этот уникальный класс полимеров обладает лучшими, чем у эпоксидной смолы, параметрами жесткости и трещиностойкости. «Синтез-проект» организовал разработку и выпуск собственного олигоциануратного связующего для композитных материалов космического назначения», – объясняет научный сотрудник Научно-исследовательского института космических и авиационных материалов (НИИКАМ) Илья Вихров.

Поскольку долговечность работы космических летательных аппаратов на орбите в значительной степени определяется радиационной стойкостью их конструкционных материалов и оборудования, специалистам «Синтез-проект» нужно было определить максимальную дозу радиации, при которой цианат-эфирное связующее и композитные материалы на его основе будут сохранять свои свойства.

Цианат-эфирный углепластиковый сотовый заполнитель

На стойкость проверили четыре типа образцов: собственно эпоксидного и цианат-эфирного связующих, стеклопластика и углепластика на основе цианат-эфирного связующего. Исследования проводились при дозах 10, 20, 50, 100, 200, 500 МГр. Набор дозы 500 МГр потребовал работы в течение месяца. Температура образцов в процессе обработки не превышала 55°С.

Несмотря на потерю прочности собственно цианат-эфирного связующего при дозах свыше 200 МГр, механические параметры углепластика остаются неизменными вплоть до дозы 500 МГр, стеклопластик с тем же связующим после набора такой высокой дозы сохранил 70 % от исходной прочности. Эта доза (500 МГр) на два порядка превышает ту, что получают космические аппараты в реальных условиях. Для примера, работающий на геостационарной орбите аппарат в течение 15 лет набирает порядка 3 МГр. Таким образом, отечественные образцы успешно выдержали испытания.

Сталь против карбона

Если вы уверенно решили приобрести карбоновую раму, задумайтесь. Прежде чем так легко расставаться с большой суммой денег, подумайте, действительно ли карбон является именно тем материалом, который вам необходим? Не поймите неправильно, карбоволокно действительно имеет ряд несомненных преимуществ, но повальное увлечение им в последнем сезоне больше похоже на обычную моду. Да, профессионалы пользуются им, чтобы увеличить свои показатели и быстрее достичь финиша, а масса фанатов просто идет следом за своими лидерами, покупая то же самое.

Вы можете понаблюдать за весенними классиками, Джиро, Вуэльтой и Туром и сделать заметки о том, кто на чем ездит. И заметить, что отнюдь не дешевые детали сплошь состоят из карбона, содержание которого в велосипеде едва ли не больше, чем на Международной космической станции.

Такое поведение похоже на погоню за модной одеждой, только это – погоня за инновациями в велоспорте.

Действительно, почему бы карбоволокну не быть популярным? Рама и вилка практически невесомы, они имеют потрясающие амортизационные способности, к тому же, углеродное волокно никогда не перегревается. О популярности этого материала свидетельствует и тот факт, что ведущие производители стальных рам, такие, как Steelman, Serotta и Independent Fabrications, выделяют средства на изготовление рам из карбона.

Читайте также:  Насекомые и мыши из чего состоит Coca-Cola - The Jizn

Прекрасная стальная Cinelli Supercorsa в практически первозднанном исполнении выпускается до сих пор.

Для многих профессиональных гонщиков предложение тренироваться, не говоря уже об участии на соревновании на велосипеде со стальной рамой, будет рассмотрено как шутка. По какой-то необоснованной причине стальной велосипед сегодня в определенных кругах приобрел репутацию медленного, тяжелого и технологически отсталого агрегата – по аналогии с репутацией дизельных автомобилей в США.

Но реальность такова, что сталь еще никогда не была прочнее, легче и долговечнее, чем она является в наши дни. Более того, никакой другой материал не может предоставить наиболее универсальный велосипед, которому будет соответствовать практически любой райдер.

Штампованная тайваньская рама из карбоволокна зачастую стоит дороже, чем индивидуальный заказ стальной рамы. Конечно же, такой карбон даже не сможет приблизиться по качеству езды, которую может обеспечить сталь. И это не говоря уже о прочности и долговечности, которые гарантированы, если ухаживать за рамой должным образом.

Поэтому, прежде чем со всех ног бежать в магазин за карбоновой рамой, подумайте дважды. Вначале узнайте о преимуществах стали.

Долговечность

Да, углеродное волокно выглядит здорово, но его внешний вид не выдержал того испытания временем, как вид стальной рамы, изготовленной под заказ. Созданные вручную наконечники из нержавеющей стали, идеально спаянная головная труба и тщательный подход к мелочам обеспечивают гораздо больше персонализации, чем серийная карбоновая рама. Это все равно, что покупать костюм в брендовом магазине, или заказать его ручное изготовление, чтобы он был подогнан в точности для вас. Каждая пуговица будет пришита вручную, а каждый стежок будет отслеживаться наметанным глазом.

Стальные рамы, изготовленные на заказ такими мастерскими, как Baylis, Eisentraut или White, ко всему прочему, показывают, что их владелец уважает сохранение традиции создания важнейших деталей именно вручную, как делалось и сто лет назад. Типичная же карбоновая рама может быть изготовлена за пару часов или меньше, она стандартна и анонимна, и выходит из-под конвейера вместе с тысячами своих собратьев. Брайан Бейлис утверждает, что каждая из его рам – это не менее 100 часов ручного труда мастера, и за 40 лет его опыта он не построил двух одинаковых экземпляров. Покупая такой стальной велосипед, вы получаете безвременно стильный предмет искусства.

Минимальная весовая разница

Наверное, больше всего жалуются на сталь по той причине, что она значительно тяжелее углерода. Однако многие слишком преувеличивают – на самом деле разница не так уж и велика.

С развитием технологий углерод стал основным материалом, используемым в велосипедной промышленности. Карбоновые рамы раздвигают все границы представления о минимальном весе – он может достигать 900 грамм и ниже! Однако технологии по производству стали также не стояли на месте – преимущественно из-за того, что в условиях растущей прочности появилась возможность сделать стены труб более тонкими.

Легкий стальной каркас можно найти и в весовой категории 1,3 кг – правда, не слишком большая разница для обычного взрослого человека? Не стоит так сильно зацикливаться на весе. Разница в весе имеет большое значение только в случае, если этот велосипед будет использоваться для гонок, где дорога каждая секунда. В остальном, вейтвиннерство — это не более чем хобби. Например, в таких дисциплинах, как циклокросс, наличие велосипеда с минимальным весом – это скорее необходимость. Здесь параметр массы выигрывает перед удобством во время езды, так как спортсменам приходится периодически нести его на плече. В такой ситуации карбон, конечно же, имеет неоспоримое преимущество. Тем не менее, задние перья углеродной рамы имеют такую конструкцию, что очень быстро забиваются грязью, в итоге — выигрыш в весе менее заметен.

Читайте также:  Гаражный замок своими руками самодельный как изготовить

Прочность

Мастера работали со сталью и изучали ее свойства более ста лет в силу многих причин, и не в последнюю очередь именно из-за ее прочности. И это подтверждается тем, что по улицам городов до сих пор ездят велосипеды, которые были сконструированы и 50, и 100 лет назад.

Стальная рама прощает слишком затянутые болты, а вот карбон может потрескаться в любой момент. Кроме того, будьте особенно осторожны при перевозке вашего карбонового велосипеда на автомобиле – всего один неосторожный поворот может лишить вас двухколесного друга.

Помните, карбоновые детали в большинстве случаев не подлежат ремонту. Мелкие трещины ремонтируются. Но неудачное падение может повредить раму настолько, что восстановление будет невозможно.

Велосипед Jeremy Honorez после серьезного падения

Ценность

Помните, что вы можете за те же деньги заказать стальную раму, созданную специально под параметры вашего тела, сделанную с любовью умелыми руками мастера, который тщательно будет следить за каждой мелочью. Все же это не идет ни в какое сравнение с массовым производством на тайваньских сборочных линиях.

А на Ebay вы всегда сможете найти красивейшие рамы. Одна из таких — CIOCC Designer 84 за $990.

Заказ стальной рамы для велосипеда означает, что эта деталь будет сконструирована и изготовлена в точном соответствии с вашим ростом, весом, длиной внутренней стороны бедра и спецификой туловища. Езда на таком велосипеде будет означать удобство, качество и безопасность.

Богатый выбор стальных труб и сплавов дает гораздо большую свободу. Идеальная адаптация рамы под вес райдера, стиль катания и так далее. В это же время, карбон дает меньшую степень свободы, зачастую современные рамы просто универсальны.

При надлежащем уходе стальная рама, скорее всего, переживет вас, в то время как углеродная вряд ли переживет вашу задолженность по кредиту, в который вы увязли, лишь бы купить ее.

Заключение

Из всех вышеупомянутых причин преимущества стали над карбоном, главной, наверное, будет долговечность. Вы сильно раскошеливаетесь, чтобы улучшить свой велосипед. Учтите, что на нем вы будете ездить каждый день (оптимистично), и каждые две недели участвовать в гонках (еще более оптимистично). У вас ограниченное количество средств, как и у большинства людей в этом мире? Вы хотите себе прочный и надежный велосипед, который прослужит вам действительно долго, чтобы, если это возможно, его можно было бы продать, когда вам надоест? Чтобы сделать это с чистой совестью, зная, что он прослужит следующему владельцу столько же, сколько и вам, не стоит останавливать свой выбор на углероде.

Владение карбоновым велосипедом имеет смысл в некоторых ситуациях, например, если вы подписали контракт и получаете немало средств от спонсоров, или состоите в профессиональной команде гонщиков, где можете получать новую модель ежемесячно. В таких ситуациях прочность стоит на втором месте, потому что вы либо продаете велосипед после одного сезона гонок, либо бесплатно ездите на новых на постоянной основе.

Если же вашей целью является покупка надежного велосипеда, жизнь которого продлится как минимум 5-10 лет, вначале проверьте, есть ли в вашем городе частные мастерские, изготавливающие рамы на заказ. Найдите в Интернете видеозаписи и фотографии с ведущих мировых выставок и осознайте, что такое настоящее искусство и красота добросовестно сделанного гоночного материала.

Стоит отметить, что индустрия продолжает активно развиваться, и карбоволокно — вместе с ней. На данный момент существует достаточно большое число марок карбоволокна, что делает этот материал уже более универсальным и дает большую свободу выбора.

Ссылка на основную публикацию
Что такое трамблер фото, схема, для чего нужен
Tumblr не показывает картинки – как исправить Tumblr – это сервис микроблогов, где пользователям предоставляется возможность размещать посты на собственных...
Что такое климат контроль, как работает, неполадки, ошибки
Как работает климат контроль в автомобиле, особенности, схемы Особенности системы климат контроля Сегодня все типы автомобилей оборудуются специальными устройствами, обеспечивающими...
Что такое коленчатый вал Назначение и особенности конструкции
Коленчатый вал - что такое коленвал в автомобиле устройство AvtoTachki Коленвал в автомобиле Коленвал это деталь в моторе автомобиля, приводящаяся...
Что такое транспортная авария определение
Что такое ДТП, определение в ПДД виды и классификация Как ПДД трактует дорожное происшествие? Признаки ДТП Участники ДТП Какие выделяют...
Adblock detector