Карбон или пластик что лучше
Карбон — что это такое
Что такое углепластик
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 может быть разным. Карбон и углепластик объединились в один термин, привнеся путаницу в головы потребителей. То есть карбон или углепластик — это одно и то же.
Это инновационный материал, высокая стоимость которого обусловлена трудоемким технологическим процессом и большой долей ручного труда при этом. По мере совершенствования и автоматизации процессов изготовления цена карбона 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 и сокращения времени его производства.
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:
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 свойства 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 или углепластик 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 с равнительной таблице плотности, температуры плавления и прочностных характеристик.
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.
Как делают карбоновые нити
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 углеродная 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 карбона содержится 3-4 слоя.
Достоинства и недостатки карбона
Более высокая цена карбона по сравнению со стеклопластиком и стекловолокном объясняется более сложной, энергоемкой многоэтапной технологией, дорогими смолами и более дорогостоящим оборудованием (автоклав). Но и прочность с эластичностью при этом получаются выше наряду со множеством других неоспоримых достоинств:
Но по сравнению с металлическими и деталями из стекловолокна карбоновые детали имеют недостатки:
Как делают карбон
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 как естественным путем, так и при нагреве. 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 — метод 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 препреги 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 карбоновых труб. Кистью или валиком наносят послойно смолу и сушат преимущественно в печи.
Во всех случаях поверхность нанесения смазывается разделительными смазками для простого снятия получившегося изделия после застывания.
Можно ли сделать углепластик своими руками
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 карбоном «Сделай сам», включающих фрагменты углеткани и смолу.
70% мирового рынка углеткани производят тайваньские и японские крупные бренды: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec и пр.
Надеемся, вы нашли исчерпывающий ответ на вопрос «Что такое карбон»?
Преимущества и недостатки карбона
Все, кто более или менее интересуются велоиндустрией, знают, что самые дорогие и топовые велосипеды сделаны из карбона. Карбон это материал, который представляет собой нити из углеродного волокна, соединенные посредством полимерного материала, например, эпоксидной смолы. Крайне широко используется в производстве топовых гоночных велосипедов. Практически все велосипеды во всех дисциплинах маунтинбайка имеют карбоновые рамы и компоненты. Впрочем, с гоночными технологиями высшего уровня все понятно, там тысячи долларов оплачивают каждую сэкономленную секунду. А что же обычный рядовой пользователь? Карбоновые рамы и прочие компоненты доступны для всех, пусть и будет некоторая разница в цене. Так имеет ли смысл переплачивать? Рассмотрим преимущества и недостатки карбона в этой статье.
Преимущества
Небольшой вес
Когда мы говорим о карбоне, мы сразу вспоминаем то, что карбон отличается крайне низким весом. И это действительно так. Если для эндуро или даунхилла масса велосипеда не имеет настолько критического значения, то, например, в кросс-кантри счет идет на каждый грамм. Не сказать что разница в весе между алюминиевой и карбоновой рамами будет прямо драматической, однако, все же она весьма ощутима. А если использовать помимо рамы и другие карбоновые компоненты, то экономия будет солидная.
Амортизационные свойства
Едва ли не более важное свойство карбона, чем его низкий вес. Однако, об этом, как правило, знают не все. Дело в том что карбон гасит удары, получаемые вашим велосипедом при езде. Особенно это становится заметно и критично при отсутствии подвески. Если вы попробуете прокатиться на карбоновой раме, а затем на алюминиевой вы безусловно заметите разницу, и разница эта будет явно не в пользу алюминия. Да и не только рамы дают этот бонус. Карбоновый руль например, тоже будет немного гасить удары и, соответственно, ваши руки будут меньше уставать.
А также, карбоновая рама не накапливает усталость и не теряет в жесткости, в отличие от того же алюминия.
Ремонтопригодность
Даже если вы разобьете раму в щепки, ее можно будет собрать заново. А особенно приятным будет тот факт, что заново склеенная рама не потеряет ни жесткости, ни прочности. Алюминий или сталь в месте трещины навсегда приобретут уязвимость, и потеряют жесткость, а карбон после ремонта будет как новый, а то и лучше.
Недостатки
Высокая цена
За технологичность надо платить. Поэтому цена карбонового велосипеда будет значительно выше цены алюминиевого. А цена некоторых вещей, например, карбоновых ободов ENVE может быть соизмерима с ценой целого велосипеда. Поэтому, их покупка может быть приемлема и оправдана далеко не для всех.
Уязвимость к точечным ударам
Там, где на алюминиевой раме будет вмятина или царапины, на карбоновой будет пролом. Натурально выломанный кусок. Карбон, к сожалению, не умеет вминаться и намного хуже распределяет инерцию удара по всей поверхности. Это значительный минус, но, во-первых, точечные удары случаются довольно редко. А во-вторых, как уже было написано выше, карбон абсолютно ремонтопригоден и любой пролом можно будет заклеить и вернуть в состояние нового.
Прикипание
Это такое занимательное свойство карбона, при котором, используя, например, карбоновый подседел с карбоновой рамой или карбоновый вынос с рулем, вы к концу сезона с удивлением обнаружите, что ваши две детали превратились в одну монолитную. И даже WD-40 не поможет. Говорят, существуют способы таки разъединить две детали, сохранив обе, но повезти может не всегда.
Впрочем, этот процесс можно предотвратить при помощи специальных смазок, которыми надо вовремя пользоваться.
Резюме
Карбоновые детали занимают доминирующее положение в производстве топовых велосипедов неспроста. Если у вас есть возможность, обязательно купите себе хотя бы карбоновую раму. Разницу с алюминием вы почувствуете практически сразу и переходить обратно на алюминий вам вряд ли захочется. Преимущества карбона явно превосходят его недостатки.
Почему карбоновый чехол лучше силикона или пластика
Карбоновые чехлы для ключей от автомобиля намного лучше, чем пластиковые или силиконовые аналоги. Стоят они дороже, но переплата абсолютно обоснована практичностью.
Ключи от автомобиля часто падают, периодически подвергаются механическим воздействием, нагреваются. Из-за этого электроника начинает работать хуже, на поверхности ключа появляются повреждения и царапины.
С помощью чехла можно защитить ключи, но именно карбоновые модели более практичные и надежные. Они служат дольше по сравнению с силиконовыми и пластиковыми аналогами, гарантируют действительно надежную защиту авто ключам при падениях и других механических нагрузках.
У карбонового материала более высокие термостойкие качества, повышенная устойчивость к коррозии, поэтому ключи, что обеспечивает длительный срок службы изделию.
Сама карбоновая структура, предполагающая включение углеродных нитей со специфическим переплетением из непрерывных пучков, глушит удары, поэтому вероятность повреждения электроники внутри ключей при их падениях минимизирована.
Карбон выглядит эффектно.
Кому подойдут чехлы из карбона?
Карбоновые чехлы подойдут людям, ценящим безопасность, практичность, а также желающим использовать только презентабельные аксессуары с высокими имиджевыми характеристиками.
Оцените сами разнообразие карбоновых чехлов для ключей и подберите подходящие варианты для своей марки и модели автомобиля.
Почему надо ездить на стали, а не велосипеде из карбона
Недавно наткнулись на интересную статью, опубликованную лет десять назад на roadbikereview.com. Речь в ней идет о преимуществах стальных велосипедов перед карбоновыми. Актуально ли подобное суждение в настоящее время или это всего лишь ворчание ретрограда, вспоминающего старые добрые времена (небо было голубее, трава зеленее – ну, вы знаете), не желающего идти в ногу со временем? Что ж, решайте сами!
Итак, вы решили отправиться в ближайший велосипедный магазин и потратить изрядное количество сбережений, чтобы купить свой первый по-настоящему гоночный велосипед, который стоит дороже, чем большинство людей заплатили за целый мотоцикл. Вы или новичок в велоспорте, или вы уже несколько лет ездите, но теперь вашей старой алюминиевой раме остался, похоже, всего один сезон до мусорного контейнера.
Вы следите за всеми классическими однодневками весны, «Джиро», «Вуэльтой», «Туром» и отмечаете для себя кто на чем едет. Вы пускаете слюни, глядя на своих товарищей по команде на дорогостоящих гоночных велосипедах, в которых больше карбона, чем на Международной Космической Станции.
Вы провели целое исследование велосипедного рынка, выучили наизусть все последние тесты лучших дорогостоящих машин из карбона, и, наконец, определились – у вас есть победитель. Чековая книжка в руке, и вы готовы опустошить свой сберегательный счёт до последней копейки. Всё, что осталось сделать, это договориться с магазином о скидочке, чтобы у вас, по крайней мере, осталось хоть немного наличных на приобретение пары запасных камер.
Не поймите неправильно, карбон действительно имеет свои достоинства, но повальное увлечение им, кажется, в большей степени связано с преобладающим менталитетом: что делают профессионалы, о том мечтают широкие массы. Это было верно в 70-х годах с просверленными для облегчения компонентами, в 80-х с обильным количеством геля для волос и оттенком «Брико» для линз очков, в 90-х с велотрусами из лайкры, у которых был дизайн под синие джинсы, а сегодня – с карбоновыми гоночными велосипедами.
А почему бы карбону не быть популярным? Рама и вилка весят меньше, чем упаковка жестяных банок пива, у него потрясающие возможности гашения вибраций от дороги, он жёстче, чем строительные балки (по крайней мере, поначалу) и, самое главное, углеродное волокно имеет неоспоримое преимущество: даже традиционные создатели велосипедов, которые сделали себе имя в стали, теперь переходят на карбон. Такие бренды, как Steelman, Serotta и Independent Fabrications – все терпят убытки и теперь уже предлагают покупателям индивидуальные карбоновые рамы под заказ.
Большинство велосипедистов-гонщиков простое предложение проехать гонку на стальной раме, так же как и потренироваться на ней, посчитали бы теперь шуткой. Для некоторых, по совершенно необоснованным причинам, сталь приобрела репутацию как медленный, тяжёлый и технологически отсталый материал – подобная несправедливая репутация теперь в Соединённых Штатах у дизельных автомобилей.
Но реальность такова, что сталь ещё никогда не была прочнее, легче и надежнее, чем в настоящее время. И, более того, никакой другой материал не может предложить такую универсальность для создания индивидуального велосипеда, который идеально подходит гонщику.
Массовое производство тайваньских карбоновых рам, которые часто стоят дороже, чем заказная стальная рама, даже близко не стоит по удобству подгонки, ощущениям и качеству езды, которые может обеспечить сталь, не говоря уже о ее прочности, которой хватит владельцу на всю жизнь, если за рамой правильно ухаживать.
Индивидуальная подгонка
Кроме того, стальной велосипед, сделанный на заказ, сконструирован и построен именно под рост гонщика, его вес и особенности анатомии, что делает подгонку велосипеда гораздо лучше и, соответственно, значительно лучше обратную связь, управляемость и качество езды.
Вневременной стиль
Сделанные вручную стальные рамы от таких брендов как, например, De Rosa отражают личность владельца, сохранение им живой традиции велосипедов ручной работы, которая насчитывает более века. Типичная карбоновая рама может быть изготовлена в течение пары часов или даже меньше и анонимно выпущена с конвейера вкупе с тысячами своих близнецов. Производитель кастомных стальных велосипедов Брайан Бейлис утверждает, что каждая из его рам занимает минимум 100 часов вложенного труда в мастерской, и за 40-летнюю историю производства вы не отыщете двух одинаковых рам Baylis. В стали вы не просто покупаете велосипед, вы покупаете безвременно стильное произведение искусства.
Минимальная разница в весе
Возможно, самая большое нарекание вызывает то, что сталь намного тяжелее карбона. Но, поверьте, эта разница сильно преувеличена. Развитие технологий стало движущей силой прихода карбона в велосипедную промышленность. Карбоновые рамы действительно раздвигают границы, некоторые из них весят около 900 грамм. Но и сталь отнюдь не стояла на месте, технологии её производства также развивались. Прежде всего, это касается тонкой стенки трубы, которая обеспечивает не только большую прочность на растяжение, но и лёгкий вес.
Самая лёгкая стальная рама весит, наверное, 1300 грамм, а спецификация велосипеда та же самая, так что разница с карбоновой рамой составляет всего грамм 400. Разве это повод для того, чтобы списывать стальную раму со счетов окончательно? Вес действительно настолько важнее качества езды? Взять 80-килограммового гонщика, который спускается на 7-килограммовом велосипеде с ветреного горного перевала со скоростью под 70 км в час: готов ли он немного пожертвовать весом для более предсказуемой езды?
В других дисциплинах, таких как велокросс, где самые лёгкие велосипеды, вес, пожалуй, даже более важен, чем для шоссе, потому что нужно постоянно поднимать и тащить велосипед на своем плече. Здесь карбон, естественно, имеет изначальное преимущество перед сталью. Тем не менее, карбоновые рамы имеют очень небольшой клиренс, и когда езда напоминает борьбу в грязи, легкий карбоновый велосипед превратится в забитый грязью якорь, сделав стальной велосипед с большими зазорами изрядно легче.
Прочность
Кроме того, будьте очень осторожны при погрузке карбонового велосипеда сзади в автомобиль. Один выступающий объект тупой формы может сделать вашу новую карбоновую машину за 5 000 долларов хромее, чем скаковая лошадь с порванным сухожилием.
Что вы купите за одинаковую сумму: сделанную под заказ индивидуальную раму, подогнанную под ваш точный рост и вес, которая создана с любовью и тщательной проработкой мастером по металлу, или серийную раму, одну из тех, что, как на швейной машинке, строчат на тайваньском конвейере, ничем не выделяющуюся среди тысяч своих сестер-близняшек?
При надлежащем уходе, стальная рама, скорее всего, переживет вас, в то время как карбоновая рама вряд ли переживет задолженность по кредитной карте, в которую вы влезли для ее покупки.
В заключение
Из всех вышеупомянутых причин, самой значимой для меня является долговечность. За велосипед вы выкладываете немалые деньги. На этом велосипеде вы будете ездить каждый день (оптимистично) и пару выходных в месяц участвовать в соревнованиях (ещё более оптимистично). Если у вас, как и у большинства обычных людей в этом мире, ограниченное количество денег, вы, естественно, хотите велосипед, который будет прочным и надёжным как можно дольше, чтобы, как минимум, когда вы с ним закончите, вы могли бы продать его кому-то ещё с чистой совестью, зная, что он принесёт новому владельцу удовольствие на ближайшие годы.
Владение карбоновым велосипедом в некоторых ситуациях имеет смысл. Например, если вы получите безумно щедрое предложение от спонсора или вы профессиональный гонщик в команде ПроТура и вам подают на блюдечке бесплатные велосипеды каждый месяц. В таких ситуациях долговечность теряет актуальность, потому что вы или продадите велосипед после одного сезона, или постоянно ездите на новой раме бесплатно.
Но если ваша цель купить шоссейный велосипед, который прослужит по крайней мере от 5 до 10 лет, вы просто обязаны присмотреться к стальной раме, которая действительно откроет вам глаза на красоту и практичность стали как добросовестного гоночного материала.
Углепластик (карбон) в авто – поиск альтернатив
Уникальный композитный материал — углепластик пока используется в основном в спортивном автомобилестроении для суперкаров и болидов, потому что массовое использование сдерживается высокой ценой и эксплуатационными характеристиками карбона.
Основным материалом для изготовления корпусов автомобилей остается тонколистовая сталь. В последнее десятилетие все активнее используются альтернативные материалы, а именно — инженерные армированные пластики с особыми свойствами и алюминий. Они легко формуются, окрашиваются, ремонтируются, то есть технологичны.
При упоминании слова «карбон», сразу же представляются эксклюзивные капоты, ведь это одна из самых заметных и распространенных автомобильных деталей. Но оклейка карбоном авто обычно ограничивается спойлерами, бамперами, обвесами и отделкой зеркал. Для внутреннего тюнинга карбон применяют для ручек переключателя коробки передач, декора панели или вставки на руле.
Почему отделка авто карбоном популярна
Углепластик, он же карбон:
Основными составляющими этого композитного материала являются углеродные волокна и полимерные смолы. Перерабатывается он формованием и дорогостоящим, трудоемким является именно процесс получения углеродного волокна с особыми свойствами.
Почему не делают массовые автомобили из углепластика
И еще не стоит забывать об экологической составляющей. Процессы утилизации автомобилей во всем мире уже отлажены, а вот композитные материалы практически не перерабатываются вторично. И повторно их использовать нельзя, что делает углепластик еще дороже.
Для того чтобы изделие из карбона служило долго, сохраняя свою эстетику, необходим точный расчет многих параметров и правильный выбор материалов — углеполотна и эпоксидной смолы.
Возможность применения его в серийном автомобилестроении очень спорна. Разве что для тюнинга, но не при изготовлении несущих элементов. Обтянутое карбоном авто смотрится роскошно. Но очень может быть, что этот суперсовременный материал так и не попадет в массовое производство, ведь альтернативные инженерные пластики с армированием не такие капризные и дорогостоящие.
Перспективы использования углепластика в автомобилях
Углепластик будут продолжать использовать для суперкаров и гоночных автомобилей благодаря его уникальным качествам. Тем не менее, пройдет еще немало лет, пока увидим его использование на серийных автомобилях. В то же время, технологии не стоят на месте, и возможно, скоро углепластик будет выглядеть как архаизм, так и не попав в массовое производство. Использование карбона в конструкции машины существенно увеличивает ее стоимость. Почему его стоимость так высока, мы уже разбирались тут.
А пока производители материалов для тюнинга авто предлагают доступные альтернативы:
Как можно снизить стоимость карбона
Основной путь — снижение себестоимости получения углеволокна за счет максимальной автоматизации процессов и снижения их продолжительности. Поэтому идут поиски материала для получения углеволокна из углеродосодержащего сырья. Основная цель — сделать массовый продукт, доступный по цене.
Поиски альтернативных смол и полимеров для матрицы способны снизить стоимость карбона, но не на много. Основным преимуществом альтернатив должно стать повышение ремонтопригодности. Автомобильные гиганты выделяют огромные средства на разработки, поэтому ждать осталось недолго.