Что такое карбон или углепластик - общая информация

Общие положения

Углепластик — это композиционный многослойный материал, представляющий собой полотно из углеродных волокон в оболочке из термореактивных полимерных (чаще эпоксидных) смол, Carbon-fiber-reinforced polymer .

Международное наименование Carbon — это углерод, из которого и получаются карбоновые волокна carbon fiber.

Но в настоящее время к карбонам относят все композитные материалы, в которых несущей основой являются углеродные волокна, а вот связующее сможет быть разным. То есть карбон и углепластик объединились в один термин, привнеся путаницу в головы потребителей.

Это инновационный материал, высокая стоимость которого обусловлена трудоемким технологическим процессом и большой долей ручного труда при этом. По мере совершенствования и автоматизации процессов изготовления карбона его стоимость будет снижаться. Для примера: стоимость 1 кг стали — менее 1 доллара, 1 кг карбона европейского производства стоит около 20 долларов. Удешевление возможно только за счет полной автоматизации процесса.

Применение карбона

Изначально карбон был разработан для спортивного автомобилестроения и космической техники, но благодаря своим отличным эксплуатационным свойствам, таким как малый вес и высокая прочность, получил широкое распространение и в других отраслях промышленности:

• в самолетостроении,
• для спортивного инвентаря: клюшек, шлемов, велосипедов.
• удочек,
• медицинской техники и др.

Гибкость углеродного полотна, возможность его удобного раскроя и резки, последующей пропитки эпоксидной смолой позволяют формовать карбоновые изделия любой формы и размеров, в том числе и самостоятельно. Полученные заготовки можно шлифовать, полировать, красить и наносить флексопечать.

Технические характеристики и особенности карбона

Популярность углепластика объясняется его уникальными эксплуатационными характеристиками, которые получаются в результате сочетания в одном композите совершенно разных по своим свойствам материалов — углеродного полотна в качестве несущей основы и эпоксидных компаундов в качестве связующего.

Армирующий элемент, общий для всех видов углепластика — углеродные волокна толщиной 0,005-0,010 мм, которые прекрасно работают на растяжение, но имеют низкую прочность на изгиб, то есть они анизотропны, прочны только в одном направлении, поэтому их использование оправдано только в виде полотна.

Дополнительно армирование может проводиться каучуком, придающим серый оттенок карбону.

Карбон характеризуются высокой прочностью, износостойкостью, жёсткостью и малой, по сравнению со сталью, массой. Его плотность — от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³. Технические характеристики углеволокна можно посмотреть в сравнительной таблице плотности, температуры плавления и прочностных характеристик.

Еще один элемент, используемый для армирования вместе с углеродными нитями — кевлар. Это те самые желтые нити, которые можно видеть в некоторых разновидностях углепластика. Некоторые недобросовестные производители выдают за кевлар цветное стекловолокно, окрашенные волокна вискозы, полиэтилена, адгезия которых со смолами гораздо хуже, чем у углепластика, да и прочность на разрыв в разы меньше.

Кевлар—это американская торговая марка класса полимеров арамидов, родственных полиамидам, лавсанам. Это название уже стало нарицательным для всех волокон этого класса. Армирование повышает сопротивление изгибающим нагрузкам, поэтому его широко используют в комбинации с углепластиком.

Особенности технологии изготовления углеродного волокна

Волокна, состоящие из тончайших нитей углерода, получают термической обработкой на воздухе, то есть окислением, полимерных или органических нитей (полиакрилонитрильных, фенольных, лигниновых, вискозных) при температуре 250 °C в течение 24 часов, то есть практически их обугливанием. Вот так выглядит под микроскопом нить после обугливания.

После окисления проходит карбонизация — нагрев волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C для выстраивания структур, подобных молекулам графита.

Затем проводится графитизация (насыщение углеродом) в этой же среде при температуре 1300-3000 °C. Этот процесс может повторяться несколько раз, очищая графитовое волокно от азота, повышая концентрацию углерода и делая его прочнее. Чем выше температура, тем прочнее получается волокно. Этой обработкой концентрация углерода в волокне увеличивается до 99%.

Виды волокон карбона. Полотно

Волокна могут быть короткими, резаными, их называют «штапелированными», а могут быть непрерывные нити на бобинах. Это могут быть жгуты, пряжа, ровинг, которые затем используются для изготовления тканого и нетканого полотна и лент. Иногда волокна укладываются в полимерную матрицу без переплетения (UD).

Так как волокна отлично работают на растяжение, но плохо на изгиб и сжатие, то идеальным вариантом использования углеволокна является применение его в виде полотна Carbon Fabric. Оно получается различными видами плетения: елочкой, рогожкой и пр., имеющими международные названия Plain, Twill, Satin. Иногда волокна просто перехвачены поперек крупными стежками до заливки смолой. Правильный выбор полотна для углепластика по техническим характеристикам волокна и виду плетения очень важен для получения качественного карбона.

В качестве несущей основы чаще всего используются эпоксидные смолы, в которых полотно укладывается послойно, со сменой направления плетения, для равномерного распределения механических свойств ориентированных волокон. Чаще всего в 1 мм толщины листа содержится 3-4 слоя.

Более высокая цена карбона по сравнению со стеклопластиком и стекловолокном объясняется более сложной, энергоемкоймногоэтапной технологией, дорогими смолами и более дорогостоящим оборудованием (автоклав). Но и прочность с эластичностью при этом получаются выше наряду со множеством других неоспоримых достоинств:

• легче стали на 40%, легче алюминия на 20% (1,7 г/см3 — 2,8 г/см3 — 7,8 г/см3),
• карбон из углерода и кевлара немного тяжелее, чем из углерода и резины, но намного прочнее, а при ударах трескается, крошится, но не рассыпается на осколки,
• высокая термостойкость: карбон сохраняет форму и свойства до температуры 2000 ○С.
• обладает хорошими виброгасящими свойствами и теплоемкостью,
• коррозионная стойкость,
• высокий предел прочности на разрыв и высокий предел упругости,
• эстетичность и декоративность.

Но по сравнению с металлическими и деталями из стекловолокна углеводородные детали имеют недостатки:

• чувствительность к точечным ударам,
• сложность реставрации при сколах и царапинах,
• выцветание, выгорание под воздействием солнечных лучей, для защиты покрывают лаком или эмалью,
• длительный процесс изготовления,
• в местах контакта с металлом начинается коррозия металла, поэтому в таких местах закрепляют вставки из стекловолокна,
• сложность утилизации и повторного использования.

Изготовление карбона

Существуют следующие основные методы изготовления изделий из углеткани:

1. Прессование или «мокрый» способ. Полотно выкладывается в форму и пропитывается эпоксидной или полиэфирной смолой. Излишки смолы удаляются или вакуумформованием или давлением. Изделие извлекается после полимеризации смолы. Этот процесс может проходить или естественным путем или ускоряется нагревом. Как правило, в результате такого процесса получается листовой углепластик.

2. Формование. Изготавливается модель изделия (матрица) из гипса, алебастра, монтажной пены, на которую выкладывается пропитанная смолой ткань. При прокатке валиками композит уплотняется и удаляются излишки воздуха. Затем проводится либо ускоренная полимеризация и отверждение в печи, либо естественная. Этот способ называют «сухим» и изделия из него прочнее и легче, чем изготовленные «мокрым» способом. Поверхность изделия, изготовленного "сухим" способом, ребристая (если его не покрывали лаком).

К этой же категории можно отнести формование из листовых заготовок — препрегов.

Смолы по своей способности полимеризоваться при повышении температуры разделяются на «холодные» и «горячие». Последние используют в технологии препрегов, когда изготавливают полуфабрикаты в виде нескольких слоев углеткани с нанесенной смолой. Они в зависимости от марки смолы могут храниться до нескольких недель в неполимеризованном состоянии, прослоенные полиэтиленовой пленкой и пропущенные между валками для удаления пузырьков воздуха и лишней смолы. Иногда предпреги хранят в холодильных камерах. Перед формованием изделия заготовку разогревают, и смола опять становится жидкой.

3. Намотка. Нить, ленту, ткань наматывают на цилиндрическую заготовку для изготовления труб. Кистью или валиком наносят послойно смолу и сушат преимущественно в печи.

Во всех случаях поверхность нанесения углепластика смазывается разделительными смазками для простого снятия получившегося изделия после застывания.

Углепластик своими руками

Изделия на основе углеволокна можно формовать и самим, что уже давно и успешно применяется при ремонте велосипедов, спортивного инвентаря, тюнинге автомобилей. Возможность экспериментировать с наполнителями для смолы, со степенью ее прозрачности предоставляют широкое поле для творчества любителям автотюнинга карбоном. Подробнее об изготовлении деталей из карбона своими руками, в том числе и для автотюнинга можно почитать здесь.

Как следует из описанной выше технологии, для формования необходимо:

• форма-матрица,
• углеродное полотно,
• смазка для формы для легкого съема готовой заготовки,
• смола.

Где брать углеткань? Тайвань, Китай, Россия. Но в России это относится к "конструкционным тканям повышенной прочности на основе углеволокна". Если найдете выход на предприятие, то вам очень повезло. Много компаний предлагают готовые наборы для отделки автомобилей и мотоциклов "Сделай сам", включающих фрагменты углеткани и смолу.

70% мирового рынка углеткани производят тайваньские и японские крупные бренды: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec и пр.

В общих чертах процесс самостоятельного изготовления углепластика выглядит так:

1. Антиадгезивом смазывается форма.
2. После его высыхания наносится тонкий слой смолы, на который прикатывается или прижимается углеткань, для выхода пузырьков воздуха.
3. Затем наносится еще один слой смолы для пропитки. Можно нанести несколько слоев ткани и смолы, в зависимости от требуемых параметров изделия.
4. Смола может полимеризироваться на воздухе. Это происходит обычно в течение 5 дней. Можно поместить заготовку в термошкаф, нагретый до температуры 140 – 180 ◦С, что значительно ускорит процесс полимеризации.

Затем изделие извлекаем из формы, шлифуем, полируем, покрываем лаком, гелькоутом или красим.

Ирина Химич, технический консультант

Материалы: http://engitime.ru/statyi1/raznoe/chto-takoe-ugleplastik-karbon.html

Содержание

Разновидности

Особенности пленки

Как выбрать

Свойства пленки

Оклейка: условия и условности

Сухой метод нанесения

Влажный вариант нанесения пленки

Этапы оклеивания

Чем отличается карбоновая пленка от остальных видов виниловой самоклеющейся пленки, знает почти каждый владелец авто. Она имеет декоративное оформление. Последнее может выражаться цветом, узором, тиснением и текстурой. Со второй стороны это клеевой слой. Защищает кузов от следов механических повреждений. Химикаты, маслянистые жидкости, бензин и химикаты переносит прекрасно.

Чтобы ваше средство передвижения выглядело оригинально, можно использовать карбоновую пленку с экстраординарным вариантом расцветки или текстуры. Можно создать неповторимый рисунок.

Карбоновая пленка

Разновидности

Виды пленки отличаются эффектом изображения. На карбон, углепластиковый материал, они наносятся легко. Изделия отличаются прочностью, визуальной эффектностью и стоимостью несколько выше остальных аналогичных материалов. Устанавливать карбон на капот получается дорого, особенно учитывая площадь. Но достойным выходом считается пленка виниловая, визуально идентичная углепластиковому материалу.

• 2D. Изображения на ней внешне имитируют рисунок. На них сверху наносится ламинирование. То есть защитный слой укрывает карбоновый статический рисунок;
• 3D. Пленка под карбон структурнее, чем предыдущая. Ее поверхность рельефная. Текстура в ней трехмерная, что помогает наследовать визуально и на ощупь карбон. Эффект обеспечен благодаря прямым рельефным микроскопическим полоскам. Цветная тональность на пленке изменяется;
• 4D. Рельеф на поверхности пленки имеется, но его структура — намного глубже. По этой причине он действительно сходен с поверхностью карбона. Рельефные надсечки здесь не в виде полос, а созданы полусферами. Поэтому самый потрясающий эффект — у этого материала.

Карбоновая пленка 4д светло-серая под лаком

Особенности пленки

Ряд особенностей, которым обладает такая пленка, должен знать каждый владелец авто. Среди них:

• визуальная индивидуальность и уникальность;
• многоцветье решений;
• легкость оклейки;
• возможность сохранить толщину лакокрасочного покрытия в первоначальном виде;
• способность растягиваться и оклеивать кузов фактически идеально;
• быстрый и простой демонтаж.

Качество карбоновых изделий зависит от плотности пленки. Имеются дешевые изделия без фактуры с нанесеннымпринтом, выполняющие исключительно функцию декора. И более дорогие, когда к эстетическому преимуществу добавляется функция защиты. Срок службы трехмерных материалов — не менее 5 лет.

Помимо эстетической составляющей, карбоновая пленка выполняет функцию надежного защитного барьера

Пленка карбон на авто подразумевает ее использование для стайлинга и тюнинга. Широкое распространение она получила благодаря доступности цены, простоте использования, визуальному эффекту, а также возможности оригинально и стильно украсить авто.

Как выбрать

Для подбора необходимой пленки следует понимать характеристики материала. С помощью каландрирования поливинилхлорида можно реализовать любую задумку, если приобрести этот материал. Пленка выпускается без швов, при толщине 170 микрон. Таким образом, пленка тянется, приобретая форму той поверхности, на которую должна быть нанесена. Визуальный эффект улучшается, так как отсутствуют соединения и швы.

Пленка 4Д — все еще редкий экземпляр на рынке материалов и запчастей для авто, 2Д слишком проста, а 3Д помогает быстро создавать необходимый результат. Такой материал поможет защитить от ультрафиолета как сами детали, так и лакокрасочное покрытие, нанесенное на кузов.

Если бы пленка карбон не растягивалась в условиях нагрева, она не могла бы помогать качественно оклеивать детали авто, повторяя формы на 100%. Этому также способствует клеевая основа с каналами для отвода воздуха. Процесс оклеивания, разглаживания и удаления воздушных пузырей сводится к минимальному количеству времени.

Черная карбоновая плёнка 3D

Компоненты, входящие в клей, имеют адгезирующие характеристики. Это очень важно, так как препятствует отклеиванию в процессе использования. Если в процессе оклеивания краев использовать карандаш-герметик, результат будет неподражаемым.

Нагрев пленки способствует ее быстрому, без следов, удалению. Демонтаж, если материал высококачественный, не повреждает лакокрасочного покрытия.

Уход, который требует карбон пленка на авто, доступен и прост. Если иметь под руками всегда влажную ветошь, и ею обрабатывать поверхность, удаляя грязь, этого будет вполне достаточно.

Исходя из вышеизложенного, выбор надо совершать, руководствуясь такими факторами:

• собственной финансовой возможностью;
• вкусом;
• визуальным эффектом;
• качеством.

Идентичность коже рептилии и вид «хамелеон», золотистые, зеленые или хромированные цвета позволят создать неподражаемый визуальный эффект.

Карбоновая пленка хамелеон

Свойства пленки

Карбон для авто имеет 3 самых важных преимущества:

• Удобство работы с материалом. Выделяя авто в потоке иных средств передвижения, стайлинг для любимицы проводится очень быстро.
• Скорость. Достаточно потратить до полутора часов на капот, столько же на крышу и полчаса на зеркала, и ваше авто будет самым ярким и привлекательным, к тому же — защищенным от повреждений.
• Доступность стоимости. Даже хорошая пленка стоит порядка 10 долларов США.

Но есть и дополнительные плюсы. Надежная защита для авто должна быть ухожена. Пленка под карбон для автомобилей не просто моется, ее следует чистить влажной щеткой. От этого она не потеряет привлекательности.

Устойчивость к колебаниям температуры — тоже преимущество. Этот материал в состоянии устоять перед понижениями температуры до минус 50 градусов по Цельсию и повышением до плюс 85.

Мягкое изделие при оклейке (помним, что оно нагревается ради проведения процедуры) становится упругим, будто лак. Проявляются следующие качества — крепость и твердость.

Серебряная хромированная карбоновая пленка

Пленка отлично сопротивляется воздействию УФ лучей и практически не выгорает на солнце. Процесс истирания на таком покрытии фактически не наблюдается.

Чтобы пленка для автомобиля карбон была снята и не оставила никаких следов на кузове, не нарушая структуры лакокрасочного покрытия, следует использовать нагрев феном. Всего четверть часа — и можно самим без лишних затрат энергии снять этот материал с авто. Сохранность лакокрасочного покрытия средства передвижения — еще один весомый «плюс» в огромном перечне.

Относительная прочность материала становится дополнительной защитой кузова. Лакокрасочное покрытие на нем не скалывается, отсутствуют царапины и следы механических повреждений.

Маскирующий эффект — еще одно преимущество. Карбон имеет свойство «прятать» под собой дефекты, которые есть на поверхности личного средства передвижения.

Оклейка: условия и условности

Если вы решили заказать карбоновую пленку на авто, удобство оклеивания в том, что для предварительной подготовки необходимо просто очистить поверхность и обезжирить ее. Использование спирта в этом процессе даже приветствуется.

Оклейка авто карбоновой пленкой

Оклейку пленкой можно проводить своими силами даже в гараже. Чтобы получить визуально новое авто, следует изучить 2 метода оклейки:

Сухой метод нанесения

Эта процедура несколько сложнее влажного метода. Здесь должен действовать профессионал. Необходимо без использования мыльного раствора нанести пленку на поверхность. Как говорится, «насухую, просто клеящим составом». В случае появления пузырей воздуха, надо понимать, что удалить их уже не удастся.

Влажный вариант нанесения пленки

Эта процедура потребует сил. Но зато проводить ее могут даже новички. Необходимо обеспечить хорошие условия, начиная с температуры. Она должна быть плюс 20 градусов по Цельсию. Проводить оклеивание влажным методом лучше в гараже.

Для проведения всех мероприятий по тюнингу авто следует побеспокоиться о наличии:

• малярного скотча;
• ракелей (они используются всего из 2 материалов — пластика и войлока);
• обезжиривателя;
• простого канцелярского ножа;
• ножниц;
• фена;
• не ворсистых материалов типа салфеток или банальной ветоши;
• мыльного раствора.

Набор для оклейки ракель, праймер и нож

Этапы оклеивания

Чтобы нанести карбоновую пленку, необходимо совершить ряд последовательных действий:

• заказать пленку карбон, оплатить и получить;
• подготовить личный транспорт (помыть весь и обезжирить детали, которые следует оклеить);
• удалить все молдинги, а также накладки;
• произвести разметочные работы (пленку следует «примерить» на авто, не удаляя бумажной подложки и монтажки тоже), возможно использование скотча;

Оклейка автомобиля карбоновой пленкой

• разрезать карбон так, чтобы кусок был немного больше со всех сторон, чем требуется;
• удалить с пленки подложку из бумаги, предварительно разместив изделие на ровной поверхности;
• нанести мыльный раствор на поверхность (сделать это, создавая обильный слой, чтобы потом было больше шансов вывести без визуальных дефектов все пузырьки воздуха);
• приложить пленку к поверхности, предварительно натянув и разогревая феном (чтобы лучше клеилась, пройтись пластиковым ракелем с середины к краям);
• зафиксировать результат с помощью струи теплого воздуха;
• удалить с помощью ракеля с войлоком все воздушные пузырьки;
• подрезать лишнюю пленку по краям оклеивания, оставляя только 0,5 см;
• проклеить предварительно оставленные подвороты клеем-герметиком;
• протереть поверхность, используя салфетку или ветошь.

Лучшее в рубрике

Вопросы к автору

Похожие авторы

Для написания комментария, пожалуйста, авторизуйтесь.

Пока не добавлено ни одного комментария. Будьте первым!

Список вопросов пуст

В это время на главной странице

Не беда! Предложите свою рубрику, и наши модераторы рассмотрят вашу заявку.

чтобы получить доступ ко всем функциям сайта

Материалы: http://1000sovetov.ru/article_plenka-karbon-na-avto-osobennosti-i-vidy-plenok

Сегодня уже вряд ли найдется автомобилист, который не слышал слово «карбон» . Карбоновый капот, а также другие элементы автомобиля – это признак дорогого престижного авто, вкуса и состоятельности владельца. Впрочем, настоящий карбон далеко не всем по карману, да и по большому счету, ценят люди даже не физические свойства карбона, а его внешний вид.

Вот почему такое большое распространение получает карбон пленка – специальный виниловый материал, полностью имитирующий дорогую углеродную ткань – настоящий карбон. Прежде чем рассказать о том, что такое пленка под карбон, попытаемся разобраться с самим настоящим карбоном – новейшим материалом, полученным благодаря современным технологиям. Карбон относится к семейству композитных материалов и состоит из углеродных и резиновых волокон, эпоксидной смолы, которая склеивает их. Карбон обладает непревзойденными качествами: он прочен, сверхлегок, долговечен. Карбоновая поверхность напоминает о машинах из фантастических фильмов, но этот материал имеет и существенный недостаток – он слишком дорог. Неслучайно основная часть авто, на которых есть реальный карбон – bmw и другие престижные марки.

Поэтому были разработаны и сейчас активно используются имитации карбона, в частности - пленка карбон 3d. Виниловые покрытия под карбон 3d используются в специализированных автомастерских, которые занимаются тюнингом и стайлингом машин. Почему именно пленки на авто типа карбон 3d стали так популярны?

Первая причина состоит в том, что 3d карбон пленка очень натурально передает цвет и фактуру своего прототипа – настоящего карбона. Она состоит из двух слоев, первый из которых имеет характерный рисунок, свойственный карбону, а второй служит защитой. Благодаря такой структуре пленка под карбон 3d приобретает внушительную толщину (150 микрон), а отсюда –