Как сделать карбон: как друзья из Самары зарабатывают на деталях из углепластика — Офлайн на vc.ru — Шины для спецтехники, шины для погрузчика

Содержание

Восставление и защита карбоновых деталей

ОТ БЫСТРОГО УХОДА ДО ПОЛНОГО ВОССТАНОВЛЕНИЯ — МЫ ВАМ ПОМОЖЕМ.

Гладкие, блестящие карбоновые детали и мощные современные автомобили идут рука об руку, но есть одна вещь, которая очень часто встречается — отсутствие ухода за ними и как следствие их помутнение.

На самом деле, мутные, пожелтевшие карбоновые детали — обычное явление на дороге, но вопреки распространенному мнению, в большинстве случаев их можно полностью восстановить без особых затрат. Если нет отслаивания лака, то это скорее вопрос выбора правильного абразива. После этого нужно будет правильно защитить деталь, что тоже не менее просто, если вы знаете, как это сделать.

Не знаете? Именно для этого мы и пишем эту статью. Вот как сделать эту работу простым способом, используя два или три специальных продукта.

ПОЧЕМУ УГЛЕПЛАСТИК ВЫГОРАЕТ?

Подавляющее большинство запчастей, полностью ли они из карбона или просто отделаны углеродным волокном, покрыты гелевым покрытием — по сути, блестящей модифицированной эпоксидной смолой, используемой на видимых поверхностях. Гелькоут чрезвычайно чувствителен к выцветанию и окислению под воздействием ультрафиолета и если оставить без защиты, как это часто бывает, то происходит его помутнение.

Также быстрое разрушение первозданного вида вызывается элементами окружающей среды, такими как древесный сок, птичий помет и следы насекомых. Гелевое покрытие не так сложно, как лаки для кузова, поэтому без достаточной защиты оно может испортиться на удивление быстро.

Чтобы помочь в решении этой проблемы, OEM-части и запасные части самого высокого качества часто покрываются прозрачным лаком для долговечности. Они редко страдают от степени разрушения, которую вы увидите с голым гелькоутом, но, как и ваше ЛКП, все равно будут нуждаться в хорошей степени защиты, чтобы противостоять воздействиям окружающей среды.

ПРОДУКТЫ ДЛЯ ВОССТАНОВЛЕНИЯ И ЗАЩИТЫ

Перед тем, как начать, необходимо принять во внимание два аспекта: необходимый уровень восстановления и окончательную защиту, которую вы будете использовать (в зависимости от конструкции ваших деталей).

Безусловно, лучший способ добавить прочную защиту любой детали из углеродного волокна — это керамическое покрытие. Когда дело доходит до отделки гелевым покрытием, на самом деле важно использовать покрытие для создания жесткого барьера для защиты от УФ-излучения и элементов. Для этого процесса наш простой в применении набор для защиты лакокрасочного покрытия Caramics — все, что вам когда-либо понадобится.

Для деталей покрытых лаком также же рекомендуется использовать стойкое керамическое покрытие, но вы также можете использовать защиту на основе воска. Это не только особенно полезно, если вы регулярно обрабатываете воском остальную часть автомобиля, но это также означает, что для восстановления легких дефектов и быстрого улучшения внешнего вида вы можете использовать полирующий силант Tripple All-in-One Polish, который удалит окисления и легкие потертости. Он также содержит карнаубский воск, который оставляет после себя теплое сияние.

Однако для восстановления сильно обесцвеченных, мутных деталей потребуется тяжелый абразив, чтобы срезать верхний слой лака и, поскольку вы будете наносить керамическую защиту позже, продукт, который вы используете, не должен содержать воска или филлеров.

Универсальный компаунд One Step All-in-One — идеальный выбор для этой работы, потому что он дает истинную отделку. В его состав входят специальные уменьшающиеся абразивы, что по сути означает, что вначале он представляет собой грубую режущую смесь, а по мере того, как вы обрабатываете продукт, он доходит до мельчайшей финишной смеси без необходимости замены продукта. После использования One Step для полного восстановления поверхности вы можете сразу переходить к нанесению керамики Caramics Protection.

Точно так же наши составы Revitalize System не содержат восков и наполнителей и могут использоваться на данном этапе.

СДЕЛАЙТЕ ЭТО САМОСТОЯТЕЛЬНО

Чтобы полностью продемонстрировать процесс, мы нашли машину с капотом, имеющим самые серьезные проблемы 🙂 Эта сильно выцветшая деталь может показаться устрашающей, но при соблюдении правильных процессов ее очень легко исправить.

Стоит также отметить, что все последующие этапы могут быть применены к любым деталям с гелевым покрытием или лаком и произведены с помощью нашей эксцентриковой полировальной машинки Auto Finesse DPX и больших кругов Revitalize или полировальной машины MPX Dual Action с кругами Revitalize Spot Pads для мелких деталей и элементов.

ЭТАП 1 — ПОДГОТОВКА

Во-первых, и, возможно, это очевиднее всего — вам необходимо убедиться, что на детали нет грязи и загрязнений. Для этого требуется тщательная промывка (с использованием привычных процессов предварительной мойки и ручной фазы) с последующей деконтаминацией с помощью глины Clay Bar и лубриканта Glide Clay Lube. Это обязательный шаг, необходимый для подготовки поверхности к восстановлению. Суть состоит в том, что глина удаляет любые вкрапления и въевшиеся загрязнения, чтобы они не мешали стадии полировки и не повлекли за собой каких-либо повреждений.

После того, как вся поверхность будет полностью подготовлена и очищена, необходимо быстро промыть ее автомобильным шампунем Lather, чтобы удалить все следы и остатки лубриканта, а затем тщательно высушить ее полотенцем для сушки кузова Auto Finesse Aqua Deluxe.

ЭТАП 2 — ПОЛИРОВКА

Для этого используем одношаговую полировальную пасту Auto Finesse One Step — это наше предпочтительное средство, которое позволит отполировать и восстановить отделку за один проход.

Сначала замаскируйте любые другие детали, которые не собираетесь полировать, а также резиновые и пластиковые элементы, которые могут быть повреждены.
Используя круг Revitalize No:2 средней плотности, нанесите на него несколько капель One Step размером с горошину.
На больших деталях работайте на площади около 50см2 и распределите продукт на самой низкой скорости.
Увеличьте скорость и начните работать, медленными перекрестными движениями с легким нажимом.
С помощью щетки для очистки полировальных кругов удалите излишки продукта.
Вернитесь к работе, немного снизив скорость и сделав еще два прохода, чтобы обеспечить полное разрушение абразивов.
Используя чистую микрофибру удалите все остатки.
Повторите процесс на других участках.

ЭТАП 3 — ЗАЩИТА

Как мы уже говорили, после завершения полировки жизненно важно защитить элемент, особенно когда речь идет о поверхностях с гелевым покрытием. Мы рекомендуем делать это быстрым и простым процессом с помощью нашего набора керамики для защиты лакокрасочного покрытия Caramics, который обеспечивает стойкую защиту SiO2 на срок до 12 месяцев.

Caramics применяется с помощью специальных салфеток для переноса покрытия на поверхности, но сначала важно подготовить поверхность с помощью прилагаемого спрея Prep Spray. Все что нужно для обезжиривания и подготовки — быстро распылить этот спрей и протереть.
Далее можно наносить защитное покрытие. Откройте упаковку и возьмите пропитанную салфетку, сложите ее пополам (чтобы она хорошо ложилась в руку) и равномерно распределите керамику.
Чтобы обеспечить равномерное применение, сначала работайте перекрывающими движениями вверх-вниз, а затем из стороны в сторону.
Через 2-5 минут удалите все остатки чистой салфеткой из микрофибры. Используйте источник света, например, наш инспекционный фонарь Swirl Spotter Detailing Light, чтобы убедиться, что вы все удалили. Затем оставьте машину на 4-6 часов, чтобы покрытие полностью застыло и полимеризовалось. Все, теперь ваш драгоценный карбон будет полностью защищен!

ЭТАП 4 — УХОД

Мы думаем, что результаты говорят сами за себя, но, как и в случае с чем-либо другим в мире детейлинга, правильный уход всегда будет поддерживать внешний вид вашего автомобиля в течение длительного времени.

Во время последующих моек всегда соблюдайте соответствующие этапы — сначала предварительный, с применением превоша, если это необходимо, затем ручной. И не забывайте, что вы можете продлить срок службы ваших защитных покрытий Caramics с помощью шампуня Caramics Enhancing Shampoo и усилителя блеска Caramics Gloss Enhancer при каждой мойке.

Вопросы и ответы — Carbon Microsystem

Все посылки мы отправляем с номером отслеживания. Номер отслеживания мы присылаем на вашу электронную почту, сразу после передаче вашей посылки курьеру. Проверить месторасположение вашей посылки вы можете на сайте вашей постовой службы, либо на этом сайте

 
Примерное время доставки
Россия&СНГ= 4-14 рабочих дней
США & Канада= 4-14 рабочих дней
Европа (EU) = 2-6 рабочих дней
Австралия& Новая Зеландия= 6-14 рабочих дней
Остальной мир = 5-20 рабочих дней 
7
Да конечно, вы можете вернуть карбоновые детали в течении 30 дней после получения. Транспортные расходы оплачиваются покупателем. Возврат денежных средств мы производим только после получения товара обратно и только если товар не имеет повреждений
-Скидка возможна только для групповых покупок или если покупается 4 и более разных карбоновых деталей. В этом случае скидка зависит от количества деталей — Свяжитесь с нами по электронной почте и мы попробуем подготовить вам интересное предложение.

Те детали что требуют приклеивания, комплектуются двухсторонним клейкой лентой 3M VHB. В данном случае перед установкой нужно отметить бумажным скотчем место приклеивания, после обязательно обезжирить поверхность и можно приклеивать деталь к машине.
В некоторых случаях, детали требуется приклеить на полиуретановый стекольный клей. Обычно это спойлера и пороги. Клей мы не поставляем вместе с деталями, но если нужно, свяжитесь с нами и мы обязательно приложим его к посылке.
Самый простой вариант, это доверить установку профессионалам, они установят ваши карбоновые детали без лишних хлопот.
11

Если вам нравится плетение карбона, но при этом вы хотите деталь другого цвета, то мы можем сделать деталь из Alutex и позже покрыть лаком с любым красителем Candy на ваш вкус.
14
Вакуумные технологии применяются для стеклопластиковых и углепластиковых ламинатов. Детали, изготовленные методом закрытого формования, более прочные и качественные, по сравнению с открытым формованием. Один из таких методов изготовления композитного материала Инфузия, при котором слои будущего ламината в сухую выкладываются в оснастку (матрицу) пропитка смолой происходит после достижения вакуума (откачивания воздуха). Тем самым достигается отличное соотношение смолы и карбона и, как следствие, более качественные, легкие и прочные детали. Не менее важно то, что инфузия – очень чистый процесс. Нет нужды в кистях, валиках, смола не разливается и не разбрызгивается, рисунок карбона не страдает и деталь получается красивой. Работник не пачкает одежду и руки, не нужен респиратор, так как нет вредных испарений смолы. Процесс инфузии намного чище, безопасней и предлагает более благоприятные условия работы.

Благодаря развитию технологий автомобилестроения и тюнинга, мы постоянно развиваем направление декорирования и изготовления деталей из карбона, способствуя увеличению качества производимой нами продукции и снижения стоимости услуг, производства.
19
Карбон — это композитный материал, состоящий из углеродных волокон (карбон) в качестве армирующего вещества в полимерной матрице. Углеродные волокна в этой комбинации несут нагрузки на разрыв, а полимерное связующее делают изделие упругим на сжатие. Самые совершенные материалы, как натуральные, так и созданные человеком, являются композиционными. Сочетание свойств материалов дает возможность использовать их сильные стороны, компенсируя слабости сильными свойствами второго материала. Простейший пример композитного материала — асфальт. Идею композитов человек почерпнул в природе, ведь дерево тоже пример композитного материала — волокна целлюлозы в матрице природного полимера лигнина. Ещё пример, железобетонные конструкции — стальные прутья в бетоне.
Нас окружает разнообразные композитные материалы, в прочностных характеристиках которых не приходится сомневаться.
20
Да, в большинстве небольших конструкционных деталей. Углепластиковые композиты имеют непревзойденные механические свойства. В тех случаях, когда низкий вес силовой детали имеет решающее значение, карбон легко превосходит и служит альтернативой металлам. Поэтому легкая авиация и Формула 1 (где в расчёт берется только продуктивность) повсеместно использует карбоновые композиционные материалы.
Карбон волокнистый материал. Много тысяч волокон сплетаются в ткань. Ткань и волокна имеют прочность только на разрыв. Вы можете забраться по тонкой веревке, но она не выдержит и собственного веса при сжатии. Поэтому углеродные волокна ориентируются в нескольких направлениях чтобы равномерно использовать прочность на разрыв. Волокна должны удерживаться жесткой матрицей — смоляной составляющей композиционного материала. При высоких механических нагрузках углепластик должен весить около половины веса стального аналога, при этом он будет значительно легче алюминиевой или титановой детали.
Да. Их много. Металлы изотропны. Это означает, что, например, лист алюминия имеет одинаковую прочность на разрыв во всех направлениях. Углепластик может быть разработан как неизотропный. Например, используя ориентацию волокон в изделии, карбоновая труба может сопротивляться расширению, но быть податливой к продольным нагрузкам. Это свойство используется при конструировании велосипедных рам. И его невозможно достигнуть в металле.
Углепластик дает намного большую свободу в выборе формы изделия, которые могут быть адаптированы к механическим или аэродинамическим потребностям. В то время, как форма металлических изделий ограничивается возможностями изгибов и соединений. Карбоновый композит может формоваться в сложное, но цельное, односоставное изделие, позволяющее нагрузкам свободно распределяться по всей площади. Металлические изделия имеют соединения, которые являются местом скопления нагрузок, ведущих к разрушению. Углепластик превосходит металлы по усталостным и демпфирующим нагрузкам.
Не совсем, как и во всём здесь важен контроль качества. Все используемые Carbon Microsystem углеткани выполнены из волокна Американского производителя ASKACA, лидера по объемам производства и качеству углеродных волокон. Все материалы имеют сертификаты качества и могут быть использованы как в авиации так и в судостроении.
Снижение веса. Из-за легкого веса среди любителей спортивных авто на карбон особенный спрос. Такие детали в несколько раз легче стальных аналогов, что позволяет значительно снизить вес спортивного автомобиля тем самым увеличить его мощность, без увеличения мощности мотора.
Стеклопластик — один из самых распространённых материалов в тюнинг-индустрии и мелкосерийном производстве. Производство стеклопластика не требует сложного и дорогого оборудования. Имеющийся у нас опыт позволяет выпускать детали самого высокого качества. Стеклопластик в качестве материала применяется практически на всех этапах производства — от изготовления технологической оснастки до производства мастер-моделей и готовых деталей. Детали из стеклопластика могут быть как навесными, так и играющими роль силового каркаса. В проектах нашего ателье стеклопластик используется чрезвычайно широко, вплоть до изготовления полностью стеклопластикового несущего кузова.
Материал, широко используемый в штучном и мелкосерийном производстве. Обладает высокой прочностью и относительно низкой плотностью. Состоит из стеклянного наполнителя и синтетического полимерного связующего. Наполнителем служат в основном стеклянные волокна в виде нитей, жгутов (ровингов), тканей, матов или рубленых волокон. Связующие материалы — полиэфирные, феноло-формальдегидные, эпоксидные, кремнийорганические смолы, полиимиды, алифатические полиамиды, поликарбонаты и др. Изделия из стеклопластика имеют диапазон эксплуатации от -50С до +1300С. Стеклопластик не проводит электричество и имеет высокую атмосферо-, водо- и химическую стойкость. Механические свойства деталей из стеклопластика определяются преимущественно характеристиками наполнителя и прочностью связи его со связующим. Наибольшей прочностью и жёсткостью обладают стеклопластики, содержащие ориентированно-расположенные непрерывные волокна. Изменяя ориентацию волокон, можно в широких пределах регулировать механические свойства деталей из стеклопластика. Ориентация волокон может быть однонаправленной и перекрёстной; в первом случае волокна расположены взаимно параллельно, во втором — под заданным углом друг к другу, постоянным или переменным по изделию. Изделия из стеклопластика с ориентированным расположением волокон изготавливают методами намотки, послойной выкладки или протяжки с последующим автоклавным, вакуумным или контактным формованием либо прессованием, из пресс-материалов — прессованием и литьём.
На подготовленную определённым способом оснастку (матрицу) наносится защитно-декоративный слой — гелькоут. Методика нанесения гелькоута — вручную кистью или распылителем. Гелькоут формирует наружную поверхность будущего изделия из стеклопластика. Гелькоуты имеют широкую палитру цветов, поэтому внешний вид изделия из стеклопластика может иметь практически любой цвет (по каталогу RAL). Кроме того, гелькоут предохраняет изделие из стеклопластика от пагубного влияния ультрафиолета, химически активных сред, воздействия воды.
Мы таким методом изготавливаем только детали из стекловолокна и исключительно из импортных экологически чистых материалов. Химические процессы в изделии при таком методе формования полностью прекращаются в течение одного месяца, не имея никакого запаха и вредных испарений.
Карбон или углепластик – сокращенное название от английского Carbon Fiber (углеродное волокно), под маркой которого, объединилось большое количество различных композитных материалов (также, как например, сотни органических материалов с определенными физическими свойствами, называют пластмассами). Карбон получают из углеродного волокна и используют, как армирующий наполнитель для производства различных высокопрочных композитных материалов. Самое удивительное, что карбон или углепластик, делают из жидкости. Точнее, из жидкого полимера – полиакрилонитрила. Для этого, из полиакрилонитрила, сначала получают полиакрилонитрильное волокно, которое получают, путем продавливания исходного полимера – полиакрилонитрила, через специальную фильеру с сотнями тончайших отверстий, диаметром около 50 микрон. Под давлением, в горячей воде, через крохотные отверстия фильеры, непрерывным потоком, «выходят» тонкие белые ниточки, которые и являются исходным сырьем для дальнейшего изготовления карбона. После прохождения через несколько ванн со специальными растворами, полученные полиакрилонитриловые волокна становятся в несколько раз тоньше, а их молекулы выстраиваются таким образом, что волокна становится еще прочнее. После этого, полиакрилонитрильное волокно проходит многоэтапный процесс обработки, который изменяет внутреннюю структуру вещества на молекулярном уровне. Данный процесс включает в себя высокотемпературную обработку, окисление и «карбонизацию» (насыщение углеродом) в инертной среде, в результате чего получается конечный продукт – материал карбон или углеродное волокно.
Наиболее важное свойство карбона или углеволокна – это уникальное соотношение низкого веса и исключительной прочности. Модуль упругости отдельных «сортов» карбона может превышать 60 ГПа, а разрывная нагрузка может достигать 5 гПа, при этом карбон в полтора раза легче стали и на четверть легче алюминия. Для придания большей прочности, карбоновые волокна переплетают между собой особым образом, с разным углом направления плетения и затем, шьют из них специальные высокопрочные карбоновые ткани, способные выдерживать колоссальные механические нагрузки. Композитные армирующие материалы на основе карбона стали использовать для создания монококов спортивных и гоночных автомобилей, корпусов скоростных катеров, мачт океанских яхт, винтов вертолетов, корабельных тросов, для изготовления специальной экипировки и многого другого. Благодаря выдающихся технико-эксплуатационных характеристик и декоративных свойств, карбон стал широко использоваться и в автотюнинге, для отделки кузовных элементов автомобилей. И если раньше, натуральный карбон можно было увидеть только на дорогих спортивных или представительских автомобилях, то уже сейчас продаются автомобили, в которых покрытие карбоном входит в базовую комплектацию, при этом, при покупке у дилера нового автомобиля, можно выбрать нужный цвет карбона или заказать понравившийся вид карбона, например, матовый карбон или карбон под лаком. Помимо этого, сейчас уже почти в каждом тюнинговом ателье вам могут полностью обтянуть карбоном машину, обклеить салон карбоном или обклеить машину карбоновой пленкой, или даже, предложат купить карбоновую пленку, для оклейки карбоном своими руками.
Кевларовая ткань представляет собой паpа-аpамидное синтетическое волокно, которое производят из синтетического полимера — полипарафинилин терафталамида. Кевларовые волокна обладают исключительной прочностью (разрывная прочность может доходить 600 кг/мм²), и высоким сопротивлением к ударам и динамическим нагрузкам. Кевларовые волокна обладают высокой термической стойкостью (разлагается при температуре, более 450⁰ С) и сохраняют прочность, и эластичность (и даже становятся чуть прочнее) при крайне низких, криогенных температурах, до — 200⁰ С. Из кевларовых волокон плетут армирующие нити, из которых, также, как и из карбона, делают специальные высокопрочные кевларовые ткани, используемые затем, для производства различных армирующих материалов. В отличие от карбона, кевларовый материал может легко деформироваться и имеет наилучшее показатели по скорости поглощения энергии, и длительности взаимодействия с ударником, обеспечивая высокую противопульную и противоосколочную стойкость, благодаря чему, кевларовая ткань является основным армирующим компонентом при производстве бронежилетов и различных средств безопасности. В качестве армирующего материала, кевларовая ткань широко используется при производстве самолетных шин, пуленепробиваемых покрышек, корабельных канатов, специальной защитной одежды и многого другого. Перчатки, сшитые из кевлара защищают руки от ожогов, порезов, в них можно смело хвататься за лезвие ножа без риска порезаться. Для получения эластичного армирующего материала на основе кевлара, несколько слоев кевларовой ткани сшивают вместе и затем спекают с резиновой основой. Тем не менее, у кевлара, как и у любого другого композитного материала, есть свои недостатки. Кевлар разрушается от ультрафиолетового излучения, а в смоле, в виде формованного материала, при длительном воздействии уф-лучей, кевларовая ткань также значительно ухудшает свои свойства. Помимо этого, кевлар сохраняет высокое сопротивление на разрыв и стойкость к порезам только в «сухом» виде. С конца прошлого века началось производство комбинированных армирующих материалов или гибридных тканей, сотканных из равного количества кевларовых и карбоновых нитей, обладающих лучшими эксплуатационными показателями, чем материалы, сделанные из натурального карбона или кевлара. Из карбон-кевларовых нитей плетут тонкие и прочные корабельные канаты, изготавливают корды в автомобильных шинах, делают автомобильные ремни безопасности, приводные ремни и мн. др.
Среди недостатков карбоновых, кевларовых или гибридных армирующих материалов можно отнести высокую стоимость исходного сырья и длительное время изготовления конечного продукта. Но, если в исключительных физических свойствах карбона или кевлара нет необходимости, можно использовать внешнюю отделку: покрытие карбоном или перетяжка карбоном. Для отделки карбоном идеально подходят два типа покрытий: самоклеющиеся виниловые карбоновые пленки «3D carbon» и «4D carbon», и иммерсионные пленки под карбон, наносимые методом аквапечати или аквапринта.
Наличие в карбоновых пленках воздушных «каналов», значительно упрощает процесс обтяжки карбоном кузовных элементов и позволяет наклеивать карбоновые пленки на различные сложно профилированные поверхности. Карбоновые пленки стоят дешевле карбоновой ткани и не требуют какой-то специальной подготовки поверхности. После оклейки изделия карбоновой пленкой, покрытие ничем не отличается от формованного покрытия из натурального карбона. Обтяжка карбоном (виниловыми пленками «3D carbon» и «4D carbon»), это простой и экономичный способ имитации карбонового покрытия, не требующий использования для этого, дорогостоящих натуральных карбоновых тканей или материалов.
Другой вид отделки карбоном – использование wtp-пленок под карбон, наносимые методом иммерсионной (аква) печати. Wtp-пленки под карбон позволяют имитировать плетения различных карбоновых или кевларовых тканей и после проведения процесса аква-печати и нанесения на поверхность карбоновой пленки, изделие ничем не отличается от изделия, сделанного от натурального карбона или покрытого натуральной карбоновой тканью. К дополнительным преимуществам использования wtp-пленок, можно отнести большой выбор вариантов «плетений», под карбон или кевлар. При этом, благодаря большому выбору пленок «под карбон», можно выбрать не только понравившийся «рисунок» плетения карбоновых нитей, но и цвет карбонового покрытия, и текстуру карбона.
Поскольку мир борется за повышение эффективности автомобилей и других транспортных средств, чтобы сократить выбросы парниковых газов и увеличить запас хода электромобилей, поиск все более легких материалов, достаточно прочных, чтобы их можно было использовать в кузовах автомобилей.
Легкие материалы из углеродного волокна, аналогичные материалам, используемым для изготовления некоторых теннисных ракеток и велосипедов, сочетают исключительную прочность с малым весом, но их производство обходится дороже, чем аналогичные конструктивные элементы из стали или алюминия. Теперь исследователи из Массачусетского технологического института
Массачусетский технологический институт — это аббревиатура от Массачусетского технологического института. Это престижный частный исследовательский университет в Кембридже, штат Массачусетс, основанный в 1861 году. Он состоит из пяти школ: архитектуры и планирования; инженерия; гуманитарные науки, искусство и социальные науки; управление; и наука. Массачусетский технологический институт № 039Его влияние включает в себя множество научных прорывов и технологических достижений. Их заявленная цель — сделать мир лучше с помощью образования, исследований и инноваций.
» data-gt-translate-attributes='[{«attribute»:»data-cmtooltip», «format»:»html»}]’>MIT и другие компании придумали способ изготовления этих легких волокон из сверхдешевое сырье: тяжелые, липкие отходы, оставшиеся после переработки нефти, материалы, которые нефтеперерабатывающие заводы сегодня поставляют для малоценных применений, таких как асфальт, или в конечном итоге перерабатывают как отходы.0002 Новое углеродное волокно не только дешево в производстве, но и имеет преимущества по сравнению с традиционными материалами из углеродного волокна, поскольку оно может иметь прочность на сжатие, что означает, что его можно использовать для несущих конструкций. Новый процесс описан 18 марта 2022 года в журнале Science Advances , в статье аспиранта Асмиты Яны, научного сотрудника Николы Ферралис, профессора Джеффри Гроссмана и пяти других сотрудников Массачусетского технологического института, Западного исследовательского института в Вайоминге и Оука. Национальная лаборатория Ридж в Теннесси.
Круг из углеродных волокон диаметром около 10 микрометров. Предоставлено: Никола Ферралис
Исследование началось около четырех лет назад в ответ на запрос Министерства энергетики, которое искало способы сделать автомобили более эффективными и снизить расход топлива за счет снижения их общего веса. «Если вы посмотрите на ту же модель автомобиля сейчас, по сравнению с тем, что было 30 лет назад, вы увидите, что она значительно тяжелее», — говорит Ферралис. «Вес автомобилей в той же категории увеличился более чем на 15 процентов».
Более тяжелая машина требует более мощного двигателя, более сильных тормозов и т. д., поэтому уменьшение веса кузова или других компонентов имеет волновой эффект, который обеспечивает дополнительную экономию веса. Министерство энергетики настаивает на разработке легких конструкционных материалов, которые соответствуют безопасности современных обычных стальных панелей, но при этом могут быть сделаны достаточно дешево, чтобы полностью заменить сталь в стандартных транспортных средствах.
Композиты из углеродных волокон — не новая идея, но до сих пор в автомобильном мире они использовались только в нескольких очень дорогих моделях. Новое исследование направлено на то, чтобы изменить ситуацию, предоставив недорогой исходный материал и относительно простые методы обработки.
Человеческий волос и углеродное волокно с четкой линейкой в нижней половине изображения. Человеческий волос, изображенный в вертикальной ориентации, толще (около 60 микрометров), чем углеродное волокно за ним. Предоставлено: Никола Ферралис
Углеродные волокна качества, необходимого для использования в автомобилях, в настоящее время стоят не менее 10-12 долларов за фунт, говорит Ферралис, и «могут быть намного дороже», до сотен долларов за фунт для специализированного применения, такого как компоненты космических кораблей. Это сопоставимо с примерно 75 центами за фунт стали или 2 долларами за алюминий, хотя эти цены сильно колеблются, а материалы часто зависят от иностранных источников. По его словам, при таких ценах изготовление пикапа из углеродного волокна вместо стали обойдется примерно в два раза дороже.
Эти волокна обычно изготавливают из полимеров (таких как полиакрилонитрил), полученных из нефти, но используют дорогостоящую промежуточную стадию полимеризации углеродных соединений. По словам Ферралиса, стоимость полимера может составлять более 60 процентов от общей стоимости конечного волокна. Вместо того, чтобы использовать для начала очищенный и переработанный нефтепродукт, в новом подходе команды используется то, что по сути представляет собой отбросы, оставшиеся после процесса очистки, материал, известный как нефтяной пек. «Это то, что мы иногда называем дном бочки», — говорит Ферралис.
«Поле невероятно грязное, — говорит он. Это мешанина из смешанных тяжелых углеводородов, и «на самом деле это то, что делает его в некотором роде красивым, потому что существует так много химии, которую можно использовать. Это делает его увлекательным материалом для начала».
Бесполезно для сжигания; хотя он может гореть, это слишком грязное топливо, чтобы быть практичным, и это особенно актуально в условиях ужесточения экологических норм. «Его так много, — говорит он, — внутренняя ценность этих продуктов очень низка, поэтому их часто выбрасывают на свалку». Альтернативным источником пека, который также протестировала команда, является каменноугольный пек, аналогичный материал, являющийся побочным продуктом коксующегося угля, используемый, например, для производства стали. Этот процесс дает около 80 процентов кокса и 20 процентов каменноугольного пека, «что в основном является отходом», — говорит он.
Работая в сотрудничестве с исследователями из Окриджской национальной лаборатории, у которых был опыт производства углеродных волокон в различных условиях, от лабораторных до опытных, команда приступила к поиску способов прогнозирования производительности. для того, чтобы направлять выбор условий для этих экспериментов по изготовлению.
«Процесс производства углеродного волокна [из пека] на самом деле чрезвычайно минимален, как с точки зрения энергетических потребностей, так и с точки зрения фактической обработки, которую вам необходимо выполнить», — говорит Ферралис.
Яна объясняет, что смола «состоит из этого разнородного набора молекул, и вы ожидаете, что если вы измените форму или размер, вы ожидаете, что свойства резко изменятся», тогда как промышленный материал должен иметь очень стабильные свойства.
Тщательно смоделировав способы образования связей и поперечных связей между составляющими молекулами, Яна смогла разработать способ прогнозирования того, как заданный набор условий обработки повлияет на свойства получаемого волокна. «Мы смогли воспроизвести результаты с такой поразительной точностью
Как сделать лист из углеродного волокна — 3 метода — Видеоурок
ОБСУЖДЕНИЕ (27)
Пожалуйста, поделитесь любыми вопросами или комментариями, которые могут у вас возникнуть по поводу этого видеоурока.
Adven Ture 27/11/2021
Как насчет листов, требующих одинакового глянцевого покрытия с обеих сторон?
Easy Composites › Matt
Изготовление двухсторонних А-листов очень сложно. Мы являемся одной из очень немногих компаний, которые предлагают двусторонние листы из углеродного волокна, но для их изготовления у нас есть специально адаптированные пневматические плиточные прессы с подогревом, которые вдавливают препрег из углеродного волокна между листами закаленного стекла. Кроме склеивания двух односторонних листов спиной к спине, я не знаю другого способа надежно изготовить лист из углеродного волокна с двойной стороной А без этого очень специального (и довольно дорогого) оборудования.
Ясин Мулла
Какой из них обладает высокой жесткостью и высокой прочностью?
Easy Composites › Матовый
На жесткость и прочность листа из углеродного волокна больше всего влияет армирование, затем в гораздо меньшей степени полимерная матрица, а затем снова в меньшей степени метод ламинирования. При одинаковом армировании (углеродном волокне) не было бы реальной измеримой разницы между листом, наполненным смолой, и листом препрега. Ламинированный вручную лист показал бы несколько худшие показатели жесткости и прочности из-за меньшей доли волокон (т.е. более высокого содержания смолы) и небольшого количества внутренних пустот.
JOAO FRIATAS
Вы проводили какие-либо испытания с трехосным углеродным волокном?
Easy Composites › Матовый
Да, конечно. Вам действительно не нужно «тестировать» триаксиальный кабель или любую другую ориентацию волокна, вы знаете, что получите. В каждом направлении, в котором у вас выровнено волокно, вы будете добавлять жесткость в этом направлении, но с потерей жесткости в других направлениях. Трехосная ориентация волокна (обычно -45/0/+45) даст вам 1/3 максимально достижимой жесткости по длине (направление 0), а большая часть оставшейся жесткости будет сосредоточена на жесткости при кручении, в то же время делая некоторые отклонения. вклад оси в 0 и 90. Это еще не все, но это основы!
Гэри Шехаб
Можно ли распылять эпоксидную смолу вместо смолы, наносимой кистью?
Easy Composites › Matt
Я не могу придумать много ситуаций, в которых было бы уместно распыление смолы для ламинирования. Во-первых, в процессе ручного ламинирования используется действие кисти, чтобы помочь смочить углеродные волокна. Распыление смолы непосредственно на сухой уголь может привести к тому, что смола просто останется на поверхности волокна и не смачивает его должным образом.
Джавид Шахморадов
Какой тип листового стекла вы используете и какой толщины?
Easy Composites › Матовый
Мы используем закаленное ламинированное стекло толщиной 6 мм для наших листов с заливкой. Для препрег-листа вам понадобится неламинированное стекло.
Майк Саут
Можно ли использовать те же принципы для изготовления листов из льняного волокна?
Easy Composites › Matt
Да, вы можете использовать эти принципы таким образом, чтобы сделать лист из натуральных волокон, таких как лен.
Inacio Horta
Возникают ли проблемы при использовании инфузионной смолы для ламинирования вручную?
Easy Composites › Матовый
Это не большая проблема. Основным недостатком инфузионной смолы по сравнению с ламинирующей смолой для ручного ламинирования является то, что очень низкая вязкость инфузионной смолы приводит к тому, что она «стекает» вниз из армирования при попытке ламинирования на крутых склонах или вертикальных поверхностях, в результате чего смола бассейн/лужа на дне. Для плоских поверхностей это не проблема, и вы можете обнаружить, что инфузионная смола лучше подходит для ручного ламинирования в этой ситуации.
刘亚星
Это углеродное волокно той же прочности, что и суперкар?
Easy Composites › Matt
По сути, это то же углеродное волокно, которое используется в некоторых суперкарах. Они, как правило, используют процессы препрега или инфузии смолы (или производные от этих процессов), но, да, это, по сути, одно и то же.
карбон xc
Готовые листы кажутся достаточно эластичными, существует ли стандартное испытание на растяжение?
Easy Composites › Матовый
Вероятно, это просто внешний вид этих листов при их относительно небольшой толщине. Углерод, конечно, очень высокомодульный материал; однако, когда лист очень тонкий и вы его сгибаете, вы просите волокна сверху и снизу удлиниться только на крошечные доли процента, что сделает даже углерод. Существует множество стандартных тестов для композитных материалов — в Easy Composites у нас есть полностью оборудованная современная испытательная лаборатория, где мы можем проводить практически любые тесты ISO/ASTM (модуль растяжения, предел прочности при растяжении, сдвиг, отслаивание, 3 точечный изгиб и др.). Мы планируем начать снимать несколько видеороликов с использованием оборудования в лаборатории, так что вы, вероятно, найдете их интересными. Что бы это ни стоило, вы не увидите почти никакой разницы в модуле растяжения или прочности на разрыв между любыми листами, изготовленными в этом видео, потому что эти два свойства почти полностью определяются механическими свойствами волокна. Поскольку сухие ткани и наши препреги изготовлены из одних и тех же волокон, они показали почти одинаковые результаты при испытаниях на растяжение. Важнейшим фактором из всех будет ориентация волокна, при которой UD намного превзойдет плетение или ориентацию смещения +/- 45°C просто из-за того факта, что все волокна проходят в направлении, в котором выполняется испытание.
Anil Kumar V J
мы производим композитный ламинат в сочетании углеродных и стеклянных тканей?
Easy Composites › Matt
Для мокрой укладки или заливки смолы вы должны использовать ту же эпоксидную смолу. Для производства предварительно прег-листов самой большой проблемой будет найти источник препрега из стекловолокна, поскольку он не очень распространен.
brian boddecker
Какой толщины можно изготавливать листы из углеродного волокна методом инфузии?
Easy Composites › Matt
Теоретически вы можете сделать листы очень толстыми — 10 мм и более — однако сложность заключается в том, чтобы обеспечить возможность проникновения смолы по всей стопке ткани, что может зависеть от множества факторов, таких как текучесть размещение среды, насколько рыхлым или плотным является переплетение ткани, вязкость и т. д. Вы также должны убедиться, что смола достаточно медленно отвердевает, чтобы дать время для полного смачивания волокна инфузией до того, как оно начнет гелеобразовать/отвердевать.
GREGOR OSSAS
Я хочу изготовить карбоновую пластину 400×400 мм толщиной 4 мм, какие материалы мне понадобятся?
Easy Composites › Матовый
Полностью зависит от метода, который вы собираетесь использовать, и предпочтений в отношении типов ткани. Наши ткани имеют толщину, указанную в спецификации ткани, поэтому вы можете легко использовать ее, чтобы определить, сколько слоев вам нужно. Мы рекомендуем использовать более толстые ткани 450 г/м² и 650 г/м² для некоторых внутренних слоев, так как это отличный способ увеличить толщину с меньшим количеством фактических слоев, а также по пропорционально более низкой цене. Более тонкие детали укладки зависят от ваших предпочтений и потребностей, например, как в видео, вы можете добавить немного углеродной биаксиальной ткани для улучшения жесткости на кручение.
Ярко Конненен
Как лучше всего сделать лист с одинаковой идеальной зеркальной полировкой с обеих сторон?
Easy Composites › Матовый
Вы можете сделать это с препрегом за один раз, поместив препрег между двумя листами стекла, при условии, что вы используете подходящий препрег OOA (из автоклава), такой как наш EasyPreg. Альтернативным методом может быть изготовление двух односторонних листов, отделанных кожурой, а затем склеивание их спиной к спине.
Rami Rouhana
Является ли образец препрега таким же прочным, как образец вакуумной инфузии, если слои сетки одинаковые?
Easy Composites › Матовый
Да, механические свойства препрега и пропитанного смолой листа практически одинаковы, если армирование одинаковое. Они оба будут иметь фракцию волокон примерно 60/40 и одинаковое (низкое) содержание пустот.
Трамп
Как насчет влажной укладки с давлением во время отверждения. Например, стекла с двух сторон зажаты между собой?
Easy Composites › Матовый
Теоретически вы можете запаковать влажный уложенный лист в вакуумный пакет или скрепить два листа вместе. Однако необходимо позаботиться о том, чтобы усилие было равномерным по всему листу, а при использовании вакуумного мешка необходимо обеспечить правильный уровень вакуума.
SURE D
Будет ли лист толщиной 4-6 мм, пропитанный UD, хорошей печатной площадкой для 3D-принтера? Температуры между 40-120 C°?.
Easy Composites › Матовый
Основной проблемой здесь является рабочая температура 120°C; можно было бы изготовить лист из углеродного волокна с рабочей температурой 120°C, но многие смолы не подходят. Из нашего ассортимента наш препрег XC130 UD, отвержденный при 140°C, обеспечивает надежную рабочую температуру 120°C, другие системы (инфузионная смола и смола для ламинирования) не имеют такого температурного диапазона.
Chris Athanasopoulos
Предположим, вы хотите изготовить лист из углеродного волокна толщиной 4 мм. Можете ли вы использовать технику ручной укладки вместо заливки смолой?
Easy Composites › Matt
Оба метода можно использовать для более толстых листов. При ручной/мокрой укладке вам просто нужно проявлять особую осторожность, чтобы не наносить слишком много смолы на каждый слой ткани, чтобы ваш лист не был слишком богат смолой.
MurphysLaw996
Можно ли использовать вакуумный мешок и обработать обе поверхности? Или какой метод мы должны использовать, чтобы закончить обе грани?
Easy Composites › Матовый
Некоторые люди добились успеха таким образом, хотя легко попасть в ловушку воздуха. Прессы также можно использовать для достижения аналогичного эффекта, особенно с препреговыми углеродными волокнами.
Phong Nyugen
Интересно, можно ли получить больше смолы с помощью тонкого слоя пористой твердой силиконовой резины, чтобы она провалилась между переплетениями?
Easy Composites › Матовый
Возможно да, при условии небольшого эксперимента. Однако, если силикон попадет в рисунок переплетения, готовый лист не будет идеально гладким.
Марк Креттен
Каков ваш процесс, чтобы обе стороны поверхности были одинаковыми (гладкими с глянцем или матовыми)? Запустить две стеклянные панели в вакууме?
Easy Composites › Матовый
Почти. Для получения гладкого двустороннего листа из углеродного волокна мы используем плиточный пресс с подогревом, в котором обе стороны листа стекла.
mirceaandreighinea
Где разместить простую вакуумную упаковку с мокрой укладкой, какой толщины ожидать? То же самое с вакуумным мешком для инфузии смолы?
Easy Composites › Матовый
В конечном счете, это зависит от уровня используемого вакуума (вакуумный мешок с мокрой укладкой применяется только при частичном вакууме), однако разница будет незначительной.
Сушант Мхатугаде
Я хочу сделать композитную листовую рессору из углеродного волокна. Какой метод я должен использовать? Какой тип углеродного волокна лучше всего подходит для него?
Easy Composites › Матовый
Листовая пружина, если бы ее можно было изготовить, вероятно, использовала бы в основном однонаправленные волокна для большей части своей конструкции. Вливание смолы может быть хорошим аккуратным методом, чтобы сделать несколько листьев одновременно, так как вы можете сложить лист большего размера, а затем разрезать и нарезать его по размеру.
САМУЭЛЬ САНДЖЕЕВ
Эй, ребята, как бы вы получили лист из углеродного волокна толщиной 2 мм с двухсторонним глянцевым покрытием между двумя стеклянными ламинатами путем вливания смолы?
Easy Composites › Matt
Двусторонние листы очень сложно изготовить с помощью инфузии. Вам понадобится внутренняя текучая среда, чтобы смола могла течь. Как правило, двусторонние углеродные листы изготавливаются с использованием препрег-углеродного волокна, отвержденного в прессе для достижения высокого глянца с обеих сторон. Другой способ сделать это — пропитать смолой два листа толщиной 1 мм (которые будут глянцевыми на стороне А с одной стороны), а затем соединить их вместе спиной к спине.
Джозайя Хоффман
Мне интересно, насколько велика разница в весе, при условии, что все они имеют одинаковую укладку арматуры? Насколько тяжелее ручная укладка по сравнению с инфузией смолы по сравнению с препрегом?
Easy Composites › Matt
В этом нет ничего особенного. Вливание смолы и препрег приводят к соотношению волокно:смола 60:40, мокрая укладка может достигать 50:50, но часто больше похоже на 40:60. Таким образом, соотношение смолы на 20% выше (или меньше волокна) в листе мокрой укладки.
Ленмур Белл
У меня вопрос по поводу инфузии. Я понял, что вы использовали вакуумный насос с какой-то вакуумной канистрой; насколько это важно, потому что, когда вы закладывали препрег, вы больше не использовали канистру?
Easy Composites › Matt
«Вакуумная канистра» представляет собой ловушку для инфузии смолы. Они используются для инфузии смолы, но не нужны для препрега, потому что цель улавливающего бака состоит в том, чтобы предотвратить случайное попадание избытка жидкой смолы в вакуумный насос (что может его повредить). При инфузии смолы это риск, потому что у вас есть запас жидкой смолы, подающей смолу в проект, которая может попасть в вакуумную линию и в насос. При использовании препрега в ламинате уже содержится фиксированное, отмеренное количество смолы, и излишки смолы не могут случайно попасть в насос.
Люси Мулумба
Я хочу изготовить панели толщиной 2 мм, используя ткань из углеродного волокна толщиной 0,3 мм и метод мокрой укладки. Сколько слоев, по вашему мнению, мне понадобится? Кроме того, будет ли сжатие слоев между двумя кусками стекла работать аналогично вакуумному прессованию?
Easy Composites › Matt
Если ваши слои имеют толщину 0,3 мм, вам потребуется 7 слоев, чтобы получить толщину более 2 мм. В зависимости от того, насколько хорошо укреплены ваши слои, вы можете обнаружить, что 6 слоев достигают желаемой толщины, хотя лист будет более насыщен смолой. два куска стекла помогут, но вряд ли вы добьетесь такого же хорошего результата, как в вакууме.
Йоханес Грин
При попытке следовать этому руководству у меня возникли проблемы с прилипанием ламината к стеклу, а также возникли проблемы с очисткой стекла. Я использовал LG 285 и HG 285. Чем посоветуете протирать стекло и чем обработать стекло, чтобы композит не прилипал к нему?
Easy Composites › Матовый
Вам необходимо хорошо нанести разделительный состав, чтобы смола не прилипала к стеклу. Мы рекомендуем химический разделительный агент, такой как химический разделительный агент EasyLease, который очень хорошо действует на стекло. Вы не упомянули, какой процесс вы использовали для ламинирования, но, безусловно, избегайте воска, если вы используете высокотемпературный процесс, такой как вливание смолы, но, вообще говоря, воск не подходит для использования на стекле, потому что на самом деле трудно заставить его остаться на стекле, это вполне может объяснить вашу проблему. Используйте Easy Lease, и все будет в порядке. Для очистки стекла (особенно для удаления старых следов разделительного состава) лучше всего подойдет ацетон или наш очиститель для форм.
ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ ИЛИ ВОПРОС
Полное руководство по проектированию и применению углеродного волокна
Полное руководство по проектированию и применению углеродного волокна
Компания Element 6 Composites специализируется на проектировании, анализе, прототипировании и производстве углеродного волокна. Мы являемся экспертами в области композитов из углеродного волокна и других материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. Это руководство расскажет вам обо всем, что вам нужно, о конструкции и применении углеродного волокна.
Если вы хотите перейти к определенному разделу, воспользуйтесь ссылками ниже:
Что такое углеродное волокно
Как это делается
Зачем использовать углеродное волокно
Прочность
Низкое тепловое расширение
Свойства
Инжиниринг с углеродным волокном
Дизайн
Прототип
Производство
Использование и применение углеродного волокна
Как начать работу с углеродным волокном
<noscript><img loading='lazy' src='/800/600/http/celoft.ru/wp-content/uploads/0/a/8/0a8af7c648bf48b6be49c702f9ba52ca.jpeg' /></noscript> youtube.com/embed/1JpfOjKrw58?feature=oembed» frameborder=»0″ allow=»accelerometer; autoplay; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture» allowfullscreen=»»>
Что такое углеродное волокно?
Углеродное волокно состоит из прядей волокон диаметром от 5 до 10 микрон, которые состоят из длинных, плотно переплетенных цепочек атомов углерода в микроскопической кристаллической структуре. Эти волокна чрезвычайно жесткие, прочные и легкие и используются во многих процессах для создания высокоэффективных строительных материалов. Усилители из углеродного волокна бывают различных видов плетения, оплетки и других форматов, таких как жгут и однонаправленные. Их комбинируют с различными смолами для получения композитов, армированных углеродным волокном, с широким диапазоном форм и рисунков волокон.
Как производится углеродное волокно?
Этап 1: Прекурсор
Для производства углеродного волокна необходим прекурсор органического полимера. Это сырье обрабатывается с помощью тепла и химических реагентов, чтобы превратить его в углеродное волокно.
Первые высокоэффективные материалы из углеродного волокна были изготовлены из прекурсора вискозы.
В настоящее время около 90 % углеродного волокна производится из полиакрилонитрила, а остальные 10 % или около того — из искусственного шелка или нефтяного пека.
Этап 2: Производство
Процесс производства углеродного волокна начинается с карбонизации. Чтобы получить высококачественное углеродное волокно, исходный полимер должен содержать высокий процент атомов углерода. В процессе будет удалено большинство неуглеродных атомов внутри структуры.
Сначала предшественник вытягивается в длинные волокна. Затем эти волокна нагревают до очень высоких температур в анаэробной газовой смеси (без присутствия кислорода), чтобы гарантировать, что материал не сгорит. Тепло возбуждает атомную структуру волокон и удаляет из материала большинство неуглеродных атомов.
Этап 3: Обработка
После карбонизации поверхность углеродных волокон необходимо обработать для улучшения связывания эпоксидными или другими смолами. Тщательное окисление поверхности углеродных волокон улучшает химические свойства сцепления, а одновременное придание поверхности шероховатости обеспечивает улучшенное механическое сцепление.
Это окисление можно осуществить различными способами. Углеродное волокно может подвергаться воздействию различных газов, таких как углекислый газ или озон, или жидкостей, таких как азотная кислота, или даже подвергаться электролитической обработке.
Этап 4: Проклейка
Перед ткачеством углеродные волокна должны быть проклеены или покрыты полимером для их защиты в процессе ткачества. Проклейка выбирается исходя из совместимости с используемой смолой для ламинирования. Затем волокна наматываются на бобины, прядутся и перерабатываются в различные переплетения и другие форматы
Зачем использовать углеродное волокно вместо другого материала?
Причина 1: Прочность
Основная причина, по которой следует рассмотреть возможность использования углеродного волокна, заключается в его высоком соотношении жесткости к весу. Углеродное волокно очень прочное, очень жесткое и относительно легкое.
Жесткость материала измеряется его модулем упругости . Модуль углеродного волокна обычно составляет 34 MSI (234 ГПа). Предельная прочность на растяжение углеродного волокна обычно составляет 600-700 KSI (4-4,8 ГПа). Сравните это с алюминием 2024-T3, который имеет модуль всего 10 MSI и предел прочности при растяжении 65 KSI, или со сталью 4130, которая имеет модуль 30 MSI и предел прочности при растяжении 125 KSI.
Углеродное волокно с высоким и сверхвысоким модулем или высокопрочное углеродное волокно также доступно благодаря усовершенствованию материалов и обработке углеродного волокна.
Деталь из композитного углеродного волокна представляет собой комбинацию углеродного волокна и смолы, обычно эпоксидной смолы. Прочность и жесткость композитной детали из углеродного волокна будут результатом сочетания прочности и жесткости как волокна, так и смолы. Величина и направление локальной прочности и жесткости композитной детали определяются локальной плотностью и ориентацией волокон в ламинате.
В машиностроении принято количественно оценивать преимущество конструкционного материала с точки зрения отношения его прочности к весу ( Удельная прочность ) и его отношение жесткости к весу (Удельная жесткость) , особенно там, где снижение веса связано с улучшением характеристик или снижением стоимости жизненного цикла.
Пластина из углеродного волокна, изготовленная из углеродного волокна полотняного переплетения стандартного модуля со сбалансированной и симметричной укладкой 0/90, имеет модуль упругости при изгибе прибл. 10 МСИ. Он имеет объемную плотность около 0,050 фунтов/дюйм3. Таким образом, отношение жесткости к весу или удельная жесткость для этого материала составляет 200 MSI. Прочность этой пластины составляет прибл. 90 KSI, поэтому удельная прочность для этого материала составляет 1800 KSI
Для сравнения, модуль изгиба алюминия 6061 составляет 10 MSI, прочность составляет 35 KSI, а объемная плотность составляет 0,10 фунта. Это дает удельную прочность . Жесткость 100 MSI и удельная прочность 350 KSI. Сталь 4130 имеет жесткость 30 MSI, прочность 125 KSI и плотность 0,3 фунта/дюйм3. Это дает удельную жесткость 100 MSI и удельную прочность 9.0481 из 417 КСИ.
Материал Удельная жесткость Удельная прочность
Углеродное волокно 200 MSI 1800 KSI
6061 Алюминий 100 MSI 350 KSI
4130 Сталь 100 MSI 417 KSI
Следовательно, даже базовая панель из углеродного волокна с полотняным переплетением имеет удельную жесткость в 2 раза больше, чем алюминий или сталь. Его удельная прочность в 5 раз выше, чем у алюминия, и более чем в 4 раза выше, чем у стали.
Если рассмотреть вариант индивидуальной настройки жесткости панели из углеродного волокна за счет стратегического размещения волокна и включает значительное увеличение жесткости, возможное с многослойными конструкциями с использованием легких материалов сердцевины, становится очевидным преимущество, которое композиты из углеродного волокна могут иметь в самых разных областях применения. . Специфические числа зависят от деталей конструкции и применения. Например, пенопластовый сэндвич имеет чрезвычайно высокое отношение прочности к весу при изгибе, но не обязательно при сжатии или раздавливании. Кроме того, нагрузка и граничные условия для любых компонентов уникальны для конкретной конструкции. Таким образом, невозможно обеспечить такую толщину пластины из углеродного волокна, которая могла бы напрямую заменить стальную пластину в данном приложении, без тщательного учета всех конструктивных факторов. Это достигается тщательным инженерным анализом и экспериментальной проверкой.
Одним из примеров гибкости конструкции из углеродного волокна является нестандартная конструкция балок с заданной жесткостью по определенным осям. Компания Element 6 Composites разработала запатентованные методы изготовления труб из углеродного волокна для обеспечения оптимальной жесткости вдоль каждой оси изгиба. Такие трубы аналогичны двутавровым балкам по своей устойчивости к изгибу, но сохраняют высокую жесткость на кручение, присущую трубе.
Причина 2: Низкое тепловое расширение
Одним из важных преимуществ выбора углеродного волокна является стабильность его размеров при изменении температуры. Углеродное волокно имеет коэффициент теплового расширения менее одной миллионной дюйма на градус Фаренгейта по сравнению с 7 миллионными долями дюйма на дюйм на градус Фаренгейта для стали или 13 миллионными долями дюйма на дюйм для алюминия.
Причина 3: анизотропные свойства
При проектировании композитных деталей нельзя просто сравнивать свойства углеродного волокна со сталью, алюминием или пластиком. Эти материалы бывают однородными (свойства одинаковы во всех точках) и изотропными (свойства одинаковы по всем осям). Для сравнения, детали из углеродного волокна не являются ни однородными, ни изотропными. В детали из углеродного волокна прочность находится вдоль оси волокон, и, таким образом, плотность и ориентация волокон сильно влияют на механические свойства. Это обеспечивает возможность тейлорирования механических свойств детали по любой оси.
Проектирование с применением углеродного волокна
Дизайн из углеродного волокна
Процесс проектирования из углеродного волокна начинается с тщательного понимания требований каждого клиента и создания формальной спецификации продукта. Разработка продукта и процесса осуществляется одновременно на основе этих технических требований, а также соображений объема и стоимости. В большинстве случаев процесс проектирования углеродного волокна включает в себя множество итераций между проектированием САПР, аналитическим и вычислительным анализом и оценкой стоимости. Различные проекты по индивидуальному дизайну из углеродного волокна требуют разного внимания к этим областям, в зависимости от клиента и области применения.
Наша команда инженеров, дизайнеров и техников имеет многолетний опыт разработки продуктов, исследований и изобретений. Сочетая творческий подход с точным проектированием, Element 6 Composites гордится тем, что помогает клиентам разрабатывать практичные и элегантные решения, будь то единичный прототип или производственный цикл из тысяч деталей.
Анализ углеродного волокна
Наши текущие вычислительные инструменты включают NeiNastran для анализа напряжений методом конечных элементов в композитах. Наш опыт FEA варьируется от передовых ферменных конструкций из углеродного волокна до протезов, ветряных турбин и беспилотных летательных аппаратов в самых разных областях применения.
В дополнение к нашей внутренней экспертизе, у нас есть отношения с экспертами, которые могут помочь нам с необычными или особенно сложными анализами. Одним из примеров был полученный нами грант NYSTAR, который дал нам возможность работать с Корнельским университетом для тестирования наших материалов из углеродного волокна. Это предоставило отличные данные для уточнения модели и внутренних баз данных проекта.
Прототипирование из углеродного волокна
Неотъемлемой частью процесса проектирования является прототипирование. В Element 6 Composites наша группа прототипов углеродного волокна состоит из опытных инженеров и опытных мастеров. Прототипы углеродного волокна могут варьироваться от простых тестовых образцов до полнофункциональных сборок, практически готовых к производству. Часто отдельные компоненты и узлы проходят всестороннее тестирование, чтобы подтвердить проектные расчеты и гарантировать заказчику, что конечный продукт будет соответствовать всем спецификациям.
Помимо использования для оценки функциональности, наши высококачественные прототипы из углеродного волокна часто используются клиентами в качестве маркетинговых инструментов. Наша команда прототипов стремится к качеству на уровне производства, как по форме, так и по функциям, даже на ранних стадиях разработки продукта.
Производство углеродного волокна
Используемые нами процессы требуют высокого уровня производственных навыков. Наши высококвалифицированные и опытные мастера хорошо разбираются в широком спектре материалов из углеродного волокна, производственных процессах и технологиях, чтобы обеспечить непревзойденное качество. Нашей целью всегда является полное отсутствие дефектов, и члены команды очень заинтересованы в достижении этой цели.
Сотрудники Element 6 Composites являются экспертами в нескольких нестандартных процессах углеродного волокна, включая мокрую укладку, вакуумную упаковку, согласованную оснастку, перенос смолы с помощью вакуума (VARTM), пултрузию и другие нетрадиционные запатентованные методы. Являясь ведущим нью-йоркским производителем изделий из углеродного волокна для широкого спектра применений, мы также имеем многолетний опыт обработки на станках с ЧПУ углеродного волокна, арамида и других композитов, армированных волокном. Из-за проводимости, жесткости и хрупкости композитов из углеродного волокна для обработки этих деталей требуются специальные инструменты и часто нетрадиционные методы.
Одним из преимуществ композитов является возможность изготовления деталей, оптимизированных по прочности, жесткости и простоте конструкции. От простого к сложному, мы используем передовые технологии изготовления углеродного волокна для достижения превосходных результатов. Для этого мы используем три наших основных преимущества: Инновации, технологии и творчество .
Использование и применение углеродного волокна
1. Фермы и балки из углеродного волокна
Композиты из углеродного волокна представляют собой альтернативу традиционным материалам, таким как сталь или алюминий, для изготовления легких ферм и каркасных конструкций. Element 6 Composites разработала три системы для проектирования и изготовления трубчатых конструкций из углеродного волокна: две оптимизированы для обеспечения высокой прочности, надежности и индивидуальной настройки, а одна — для снижения веса и стоимости.
2. Трубки и косынки квадратного сечения из углеродного волокна
В первой высокопрочной и надежной конструкции используются прямоугольные и квадратные трубки и косынки для их соединения. Размеры труб варьируются от 3/4”x3/4” до 2”x4” и больше. В дополнение к габаритным размерам толщина стенок, геометрия косынок и графики укладки могут быть настроены в соответствии с потребностями каждого приложения. Например, к отдельным элементам может быть добавлено однонаправленное углеродное волокно для увеличения жесткости и прочности на изгиб/в осевом направлении. Точно так же можно регулировать толщину и геометрию косынки, чтобы обеспечить надлежащую передачу нагрузки через соединения. Композитные расчеты методом конечных элементов NeiNastran можно использовать для оптимизации конструкций для обеспечения минимального веса при сохранении заданных требований к прочности и жесткости.
3. Модульные соединители и трубки из углеродного волокна, намотанные в рулон
DragonPlate теперь предлагает полную линейку запатентованных модульных соединителей для труб из углеродного волокна, которые позволяют очень легко создавать прочные и надежные конструкции из трубок из углеродного волокна, намотанных в рулон. . Модульные соединители обычно приклеиваются к концам трубок и соединяются друг с другом болтами. Несколько трубок можно соединить одним болтом, который можно легко снять для быстрой разборки и установить позже. Простые штифтовые соединения обеспечивают бесконечный выбор углов крепления. Трубки можно прикрепить к пластинам или другим монтажным кронштейнам. Модульные соединители с концевой резьбой позволяют легко прикреплять оборудование, датчики, камеры и т. д. Соединитель легко вставляется в трубу с помощью запатентованной конструкции соединения, обладающей исключительной прочностью.
4. Пултрузионные круглые трубы и соединители Ферма
Альтернативный легкий и экономичный метод строительства из углеродного волокна использует наши запатентованные соединители и пултрузионные трубки из углеродного волокна. Эта система обеспечивает большую гибкость для проектировщика конструкций, с бесконечными комбинациями длин и углов, а также с широким набором компонентов крепления. Кроме того, навыки, необходимые для возведения такого типа конструкции, очень легко освоить. Element 6 Composites специализируется как на дизайне, так и на производстве; тем не менее, многие из наших клиентов имеют собственные возможности для сборки окончательных ферменных конструкций из углеродного волокна после того, как мы вместе прошли этапы проектирования и прототипирования.
5. Конструкционные балки из углеродного волокна
Во многих областях, от роботов до несущих конструкций, требуются специальные конструкционные балки из углеродного волокна. Element 6 Composites специализируется на разработке и производстве нестандартных конструкционных балок из углеродного волокна для широкого круга отраслей и пользователей. Хотя эти балки, как правило, дороже, чем аналогичный металлический компонент, значительная экономия веса, которая может быть достигнута за счет передовых композитов, часто перевешивает эти первоначальные инвестиции.
6. Применение ферм из углеродного волокна
Применение легких ферм и балок из углеродного волокна безгранично. Некоторые примеры включают роботизированные опорные конструкции и рабочие органы, замену консольных балок в высокоскоростных или портативных приложениях, научных и метеорологических приложениях и рамах беспилотных транспортных средств. Если приложение требует минимального веса, но высокой жесткости и прочности, фермы или балки из углеродного волокна могут быть решением, заслуживающим изучения.
7. Тактические мосты и лестницы из углеродного волокна
Композиты из углеродного волокна обеспечивают существенные преимущества по сравнению с обычными материалами при изготовлении передовых тактических лестниц и мостов из углеродного волокна. Компания Element 6 Composites работала как с военными, так и с правоохранительными органами, чтобы разработать широкий спектр запатентованных легких тактических лестниц, платформ и мостов из углеродного волокна, начиная от чрезвычайно легких лестниц и заканчивая сегментированными лестницами/мостами для тяжелых условий эксплуатации.
8. Углеродное волокно в музыкальных инструментах
Помимо промышленного и военного применения, сотрудники Element 6 Composites также проявляют большой интерес к применению композитов из углеродного волокна в области музыки и акустического резонанса. Element 6 имеет честь работать с некоторыми выдающимися производителями инструментов и исследователями, что привело к разработке множества уникальных приложений для изготовления инструментов из углеродного волокна.
9. Беспилотные транспортные средства
Element 6 Composites сотрудничает с несколькими компаниями, помогая разрабатывать и производить различные беспилотные наземные и воздушные транспортные средства. Сочетая многолетний опыт работы с композитами, конструкционным проектированием и аэродинамикой, Element 6 Composites поддерживает клиентов в проектировании и анализе базовой конфигурации, оптимизации компонентов, прототипировании и серийном производстве. Имея богатый опыт проектов, начиная от военной наземной робототехники и заканчивая более легкими, чем воздушные, беспилотными летательными аппаратами из углеродного волокна с жестким крылом и вертикальным взлетом и посадкой, у нас есть как опыт, так и возможности для поддержки вашего проекта. Ниже приведены несколько примеров беспилотных транспортных средств и компонентов, которые Element 6 Composites помогла спроектировать и/или изготовить.
10. Автоматизация и робототехника
Предприятия, внедряющие промышленную автоматизацию в свои производственные процессы, постоянно стремятся к повышению эффективности за счет увеличения скорости и большей точности. Часто наиболее прямым средством достижения этих целей является снижение веса и повышение жесткости робототехники и, в частности, концевых эффекторов роботов. Легкие концевые эффекторы напрямую связаны с увеличением скорости производственной линии, повышением точности, снижением нагрузки на двигатель и привод и повышением надежности.
Почему важно, чтобы инженер Element 6 помог вам с вашими проектами?
Время от времени потенциальные клиенты звонят нам и спрашивают: «Можете ли вы скопировать эту стальную деталь из углеродного волокна?» Обычно ответ такой: «Возможно, это не очень хорошая идея». В большинстве случаев не имеет смысла делать деталь, предназначенную для металла, и просто заменять металл углеродом. Вы должны разработать его для углеродного волокна по нескольким причинам. Материальные свойства стали и углеродного волокна сильно различаются. Они обрабатываются и изготавливаются с помощью совершенно разных процессов. Вам нужно разработать деталь из углеродного волокна, чтобы воспользоваться его уникальными свойствами.

Материал	Удельная жесткость	Удельная прочность
Углеродное волокно	200 MSI	1800 KSI
6061 Алюминий	100 MSI	350 KSI
4130 Сталь	100 MSI	417 KSI