109.252.35.237: дополнение, оформление

2025-12-11T20:48:04Z

дополнение, оформление

Новая страница

{{значения|Карбон}}
[[Файл:Sierracomposites.com2.gif|thumb|right|Лист из углепластика]]
[[Файл:Углеродная ламель (пластина).jpg|мини|Углеродная ламель (пултрузионная пластина)]]
'''Карбон ''' ('''углепластики''', '''карбонопластики''', от {{lang-en|carbon}} — [[углерод]]) — полимерные [[композиционный материал|композитные материалы]]<ref>Справочник ''Дж. Любина'' «Композиционные материалы», {{М}}, 1988 год.</ref> из [[плетение|переплетённых]] [[нить|нитей]] [[углеродное волокно|углеродного волокна]], расположенных в матрице из [[Полимеры|полимерных]] (например, [[Эпоксидная смола|эпоксидных]]) смол.

[[Плотность]] ''углепластика'' — от 1450 [[кг/м³]] до 2000 кг/м³.

Материалы отличаются высокой прочностью, жёсткостью и малой массой, часто прочнее [[сталь|стали]], и гораздо легче. По удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например, легированную [[Конструкционная сталь|конструкционную сталь]] 25ХГСА.

Вследствие дороговизны, при экономии средств и отсутствии необходимости получения максимальных характеристик этот материал применяют в качестве усиливающих дополнений в основном материале конструкции.

== Основные сведения ==
Основная составляющая часть углепластика — это нити [[углеродное волокно|углеродного волокна]], состоящего в основном из атомов [[углерод]]а. Такие нити очень тонкие (примерно 0,005—0,010 мм в диаметре<ref name="Углепластик в автомобилестроении - плюсы и минусы">{{cite web|url=http://autorelease.ru/articles/automobile/840-ugleplastik-v-avtomobilestroenii-plyusy-i-minusy.html|title=Углепластик в автомобилестроении - плюсы и минусы|work=AutoRelease.ru|archive-url=https://www.webcitation.org/61905PyYD?url=http://autorelease.ru/articles/automobile/840-ugleplastik-v-avtomobilestroenii-plyusy-i-minusy.html|archive-date=2011-08-23|access-date=2009-09-15|url-status=live}}</ref>), сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, [[рогожа]] и др.).

Для придания ещё большей прочности ткани нити углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью [[Эпоксидная смола|эпоксидных смол]].

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Термическая обработка состоит из нескольких этапов:
# Первый из них представляет собой [[окисление]] исходного ([[полиакрилонитрил]]ьного, [[Вискоза|вискозного]]) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
# После окисления следует стадия [[Карбонизация (органическая химия)|карбонизации]] — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.
# Процесс термической обработки заканчивается графитизацией при температуре 1600—3000 °C, которая также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Помимо обычных органических волокон (чаще всего вискозных и полиакрилонитрильных), для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, [[лигнин]]а, каменноугольных и нефтяных [[пек]]ов. Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из [[стекловолокно|стекловолокна]], но при этом обходятся значительно дороже.

Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоёв используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклонитью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудование (к примеру, такое как [[автоклав]]).

=== Недостатки ===
При производстве углепластиков необходимо очень строго выдерживать технологические параметры, при нарушении которых прочностные свойства изделий резко снижаются. Необходимы сложные и дорогостоящие меры контроля качества изделий (в том числе, [[ультразвуковая дефектоскопия]], рентгеновская, оптическая [[голография]] и даже акустический контроль).

Другим серьёзным недостатком углепластиков является их низкая стойкость по отношению к [[Ударная вязкость|ударным нагрузкам]]. Повреждения конструкций при ударах посторонними предметами (даже при падении инструмента на неё) в виде внутренних трещин и расслоений могут быть невидимы глазу, но приводят к снижению прочности; разрушение повреждённой ударами конструкции может произойти уже при [[Относительная деформация|относительной деформации]], равной 0,5 %<ref>{{статья|автор=Филиппов В.|заглавие=Применение композиционных материалов в авиастроении|издание=Зарубежное военное обозрение|год=1988|номер=2|страницы=49—50|issn=0134-921X}}</ref>.

== Производство ==
[[Файл:Steinbichler Shearography Honeycomb with CFRP Top Layer Artificial failures that simulate layer- core delaminations Material Top view.jpg|мини|справа|Углепластик]]
* '''Прессование'''. Углеткань выстилается в форму, предварительно смазанную антиадгезивом (например, мыло, [[воск]], воск в бензине, [[ЦИАТИМ-221|Циатим-221]], [[Кремнийорганические соединения|кремнийорганические смазки]]). Пропитывается смолой. Излишки смолы удаляются в вакууме (вакуум-формование) или под давлением. Смола полимеризуется, иногда при нагревании. После полимеризации смолы изделие готово.

* '''Контактное формование'''. На примере изготовления бампера: берётся металлический исходный бампер, смазывается разделительным слоем. Затем на него напыляется [[монтажная пена]] ([[гипс]], [[алебастр]]). После отвердевания снимается. Это матрица. Затем её смазывают разделительным слоем и выкладывают ткань. Ткань может быть предварительно пропитанной, а может пропитываться кистью или поливом непосредственно в матрице. Затем ткань прокатывается валиками — для уплотнения и удаления пузырьков воздуха. Затем [[полимеризация]] (если отвердитель горячего [[Отверждение|отверждения]], то в печи, если нет, то при комнатной температуре — 25 °C). Затем бампер снимается, если надо — шлифуется и красится.
* '''Вакуумная инфузия'''. На подготовленную матрицу выкладывается [[Углеродная звезда|углеродная]] ткань (без пропитки), далее выкладываются технологические слои для равномерного распространения связующего. Под технологический пакет подаётся разрежение. После этого открывается клапан подачи связующего и оно, под действием вакуума заполняет пустоты и пропитывает углеродную ткань.
* '''Вакуумное формование.''' Это изменение формы плоских заготовок (листов или плёнок) из термопластичного полимерного материала при повышенных температурах и воздействии вакуума в объёмные формованные изделия. За счёт относительно невысокой стоимости технологической оснастки, данная технология оказывается крайне привлекательной при изготовлении партий изделий от 10 до 5000 шт., а иногда и до 30.000 шт.
* '''Пултрузия'''. Технология изготовления высоконаполненных волокном композиционных деталей с постоянной поперечной структурой. В настоящее время активно используется в производстве полимерных композиционных материалов, например, для производства углеродных ламелей (пластин).
* '''Намотка'''. Суть технологии заключается в непрерывном наматывании предварительно пропитанного [[ровинг]]а/ов (стеклянного, углеродного, базальтового, комбинированного) или ленты на предварительно подготовленную форму — мандрель. После намотки необходимого количества слоёв, мандрель с намотанными слоями помещается в нагревательную печь для дальнейшей полимеризации.
* '''RTM.''' Сухой армирующий материал укладывается между двух частей герметично закрытой жёсткой оснастки. Связующее низкой [[Вязкость|вязкости]] подаётся под давлением в пресс-форму, вытесняя [[воздух]] в сторону дренажных каналов до тех пор, пока форма не будет полностью заполнена. [[Пресс-форма|Пресс-формы]] для этой технологии, как правило, изготавливаются из металла с низким КЛТР. Данная технология хорошо подходит для мелкосерийного и серий средних объёмов от 500 до 20 000 изделий в год.
* '''LFI'''. Технология LFI (Long Fiber Injection — длинноволоконная инжекция) была разработана немецкой фирмой Krauss Maffei в 1995 году. Характеристика производства: инжекция длинного волокна, процесс используемый для производства компонентов интерьера и экстерьера автомобилей, конструкция которых имеет сложную форму, крупные габариты и окрашенную поверхность класса А. В этом процессе рубленое волокно из ассемблированного ровинга, напыляется в форму (матрицу) с контролируемой температурой. В это же время смешивается жидкий изоцианат и полиол, подаётся совместно с рубленым волокном в матрицу. Все эти компоненты напыляются в форму (матрицу), форма смыкается и заполняются путём расширения полиуретановой пены в результате химической реакции введённых компонентов. Несколько минут спустя, полимеризация закончена и изделие может быть извлечено из матрицы.
* '''SMC/BMC.''' Материал нарезается, в соответствии со схемой раскроя, и переносится в пресс-форму, нагретую до рабочей температуры. Пресс-форма смыкается, в результате чего под давлением материал растекается в полости формы и отверждается. В конце цикла изделие извлекается из пресс-формы, и производится его окончательная [[механическая обработка]] и окраска (если это необходимо).

Трубы и иные цилиндрические изделия производят намоткой. Форма волокна: нить, лента, ткань. Смола: [[Эпоксидная смола|эпоксидная]] или [[Полиэфиры|полиэфирная]]. Возможно изготовление форм из углепластика в домашних условиях, при наличии опыта и оборудования.
[[Файл:Углепластиковая подставка.jpg|мини|Углепластиковая подставка под кофе]]

== Применение ==

Углепластики широко используются при изготовлении лёгких, но прочных деталей, заменяя собой металлы, во многих изделиях от частей космических кораблей до удочек, среди которых:
[[Файл:Углепластиковая неваляшка.jpg|мини|Углепластиковая неваляшка]]
* ракетно-космическая техника;
* авиатехника ([[самолёт]]остроение, [[вертолёт]]остроение (например, несущие винты));
* судостроение ([[Корабль|корабли]], [[спорт]]ивное [[Судно|судостроение]]);
*автомобилестроение ([[Спортивный автомобиль|спортивные автомобили]] (например, [[бампер]]ы, пороги, двери, крышки капотов), мотоциклы, прототипы MotoGP, болиды [[Формула 1|Формулы 1]] ([[кокпит]]ы и обтекатели), а также при оформлении салонов;
* наука и исследования;
* усиление [[железобетон]]ных конструкций;
* спортивный инвентарь ([[роликовые коньки]], [[велосипед]]ы, футбольные бутсы, [[хоккей]]ные [[клюшки]], сноуборды, [[лыжи]], лыжные палки и ботинки, ракетки для [[теннис]]а, основания для настольного тенниса, лезвия [[коньки|коньков]], [[стрела|стрелы]], оборудование [[виндсерфинг]]а, моноласты), вёсла;
* медицинская техника;
* протезостроение
* рыболовные снасти (удилища);
* профессиональные фото- и видеоштативы;
* бытовая техника (отделка корпусов телефонов, [[ноутбук]]ов, рукояти складных ножей и пр.);
* моделизм;
* [[Струна (музыка)|струны]] для музыкальных инструментов;
* изготовление индивидуальных [[Супинатор (стелька)|супинаторов]] (особенно для спорта);
* инструменты рукоделия (вязальные спицы);
* карбон слабо поглощает рентгеновское излучение, поэтому из него изготавливают окошки рентгеновских и широкодиапазонных гамма-детекторов (через которые излучение проникает в детектор).

== Полимеры, усиленные углеродными нанотрубками (CNRP) ==
[[Углеродные нанотрубки]] как основа углепластика в несколько раз прочнее, гибче, чем резина, и даже легче, чем O<sub>2</sub>. Материал сильно отличается от обычного [[углеродное волокно|углеродного волокна]]. Такой вид углепластика применён, в частности, в конструкции самолёта [[Lockheed Martin F-35 Lightning II]].

== Примечания ==
{{примечания}}
{{Викисловарь|углепластик}}{{Викисловарь|карбон}}

== Литература ==
* Справочник ''Дж. Любина'' «Композиционные материалы», {{М}}, 1988 год.
{{Внешние ссылки}}
[[Категория:Виды композитов]]
[[Категория:Авиастроительные материалы]]
[[Категория:Конструкционные материалы]]

Углепластики - История изменений

109.252.35.237: дополнение, оформление