– полимерного композитного материала из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из эпоксидных смол. Наиболее распространенные из них следующие:
- способ ручного формования;
- способ инжекции полиэфирной смолы;
- способ вакуумной инфузии.
С чего начинается изготовление
Итак, для самостоятельного создания детали, в первую очередь необходимо сделать форму. Для этого можно использовать практически любой материал, способный удерживать заданную форму и с которым Вам удобно работать. Это может быть и гипс, и цементный раствор, и пластмасса, и дерево, и металл – всё зависит, того, что за деталь Вы изготавливаете, и с чем лично Вам легче работать.После того, как форма готова (затвердела, высохла – если это необходимо), наносим валиком, кистью или распылителем на её поверхность гелькоат – вещество, изготавливаемое на основе эпоксидной виниэфирной смолы. Оно будет выполнять роль защитного и декоративного наружного слоя нашего будущего изделия, за счет достаточно высокой прочности и широкой цветовой гаммы, из которой Вы должны выбрать необходимый Вам оттенок. Гельконат будет замечательно предохранять деталь от агрессивной внешней среды, в том числе от воздействия влаги и солнечного света.
После того, как гельконат высохнет, можно приступать к формовке самого изделия. Для этого мы проводим раскройку углеродного материала (это может быть стеклоткань, стекломат или ткань из углеволокна) под необходимый размер, размещаем в подготовленной матрице (нашей форме) и наносим валиком или кистью связующую смесь, состоящую из полиэфирной смолы и затвердителя. Делать это нужно максимально аккуратно и качественно, особенно следя за тем, чтобы в структуре детали не было пузырьков воздуха. Для этой же цели, по окончании формовки, но до её затвердевания, «прокатываем» деталь жестким валиком, выдавливая из неё пузырьки воздуха (чем больше воздуха останется в матрице после высыхания, тем менее надежной будет Ваша деталь!
Делаем карбон в домашних условиях
Проблемой изготовления деталей из карбона своими руками является высокая стоимость, потому что для создания углепластикового покрытия необходимы только самые качественные материалы, стоимость которых не мала.При создании карбоновой поверхности, очень важно уделить внимание тому факту, чтобы не было наличия пузырей на поверхности деталей. Для этого необходимо инициализировать процесс вакуумной инфузии или формовки. Оборудование для таких операций стоит около 150-200 долларов, что и делает произведение карбона своими руками и в домашних условиях довольно дорогим занятием, так как на закупку необходимого оборудования и материалов, вроде эпоксидной смолы и прочего, вам потребуется вложить около 15 тысяч рублей. Но с таким оборудованием вы действительно сможете производить качественные детали, которые смогут посоперничать по своим показателям с теми, которые продаются на авторынках и в магазинах. С таким показателем качества можно всерьез задуматься о продаже своих собственных изготовленных запчастей через интернет или на тех же специализированных рынках. Главное не пожалеть деньги на вакуумный насос и другое оборудование.
Получение формы, применение детали
После полного затвердевания детали, а на это, в зависимости от типа смолы и количества затвердителя может уйти от нескольких часов, до нескольких суток, мы аккуратно извлекаем деталь из формы, ножницами, лобзиком, либо ножовочным полотном с мелким зубом (по металлу или пластику) срезаем излишки затвердевшей смолы и материала, в случае необходимости, высверливаем, либо выпиливаем необходимые отверстия (причем делать это надо аккуратно, чтобы излишне не повредить наружный слой гельконата (сверлить отверстия надо начинать с наружной стороны), а пропилы делать мелкозубым полотном или растачивать напильником. После того, как все операции выполнены, места, поврежденные в результате сверления и пилки, можно повторно обработать гельконатом (не забудьте дать ему высохнуть).Всё! Деталь готова, можно монтировать её на автомобиль и наслаждаться результатами тюнинга своими руками!
В заключении хочу отметить, что основным преимуществом данного метода является его доступность в домашних условиях и сравнительно низкая стоимость исходных компонентов, а основным недостатком, как Вы наверное догадываетесь, трудоемкость процесса, причем основное время уходит не на производство детали, а на подготовку формы. Но если Вы не испугаетесь этих проблем, Вы получите по настоящему эксклюзивную деталь для тюнинга, которой не будет больше ни у кого!!!
Формование из препрегов происходит следующим образом:- производится форма или модель будущей детали из различных материалов (гипс, дерево и т.д.);
— на данную форму накладывают необходимое количество слоев препрега;
— помещают это все в автоклав, и под воздействием высокого давления и температуры осуществляется отверждение препрега;
— отвержденное изделие подвергают отделке и зачистке.
Часто при этом дополнительно используют и вакуумный мешок, это менее безопасно, но имеет ряд преимуществ. Подробнее о использовании вакуумного мешка будет сказано в следующем методе.
При формовании из препрегов одновременно протекают несколько сложных процессов:
Полимеризация компаунда – или отверждение;
Вакуумное удаление излишков смолы и воздуха;
Прижатие слоев к матрице под высоким давлением (порядка 20 атмосфер) для их уплотнения и выравнивания.
Этот метод производства деталей из карбона довольно сложный и финансово затратный процесс, не подходит для массового и серийного производства деталей.
Формование в форме с помощью вакуумного мешка
Вакуумный Мешок можно использовать и без автоклава, если поместить все в вакуумный мешок и создать внешнее давление, то мешок равномерно прижмет препрег к форме. Это как поместить деталь в пакет и выкачать из него воздух. Такое формование имеет название формование с помощью вакуумного мешка.
Весь процесс можно разделить на 6 этапов:
Покрытие формы разделительным веществом (воск, грунтовка и т.д.).
Раскладывание абсолютно ровно углеткани в форме без морщин, пузырей и других дефектов.
Каждый слой пропитывается смолой. Слои можно чередовать со стеклотканью, базальтовой тканью и другими композиционными материалами.
Укладка перфорированной пленки для отжима смолы и воздуха.
Укладывается впитывающий слой.
Размещение в вакуумном мешке и подключение насоса.
Аппликация
Этот метод используют для домашнего производства деталей. Он состоит из пяти этапов:
Подготовительный, включает в себя зашкуривание формы. Обезжиривание и сглаживание острых углов.
Нанесение соединительного вещества, например, эпоксидной смолы с отвердителем. В противовес предыдущим методам, в которых наоборот наносят разделительные вещества для легкого извлечения карбоновой детали из формы.
Приклеивание слоев углеткани с помощью эпоксидной смолы и отвердителя.
Сушка детали.
Нанесение защитного покрытия (лак или краска).
В результате этого метода карбон утолщает оклеиваемую деталь. Таким методом часто упрочняют капоты, бамперы, приборные доски в автотининге, а также в силу простоты получают и всевозможные другие детали. Даже применяют оклеивание формы из пенопласта, который и остается внутри детали, но оболочка довольно прочная.
Другие методы
Существует множество других методов , и они постоянно развиваются и совершенствуются. Идет постоянный поиск новых технологий, позволяющих снизить энергозатраты, количество ручного труда и других издержек.
Так, новой технологией стало производство крыльев и хвоста Российского гражданского самолета МС-21 . Технология была куплена у австрийской компании FACC. Данная технология является самой передовой в мире, так как обеспечивает экономическую эффективность при обеспечении необходимых свойств материала, все остальные технологии отличаются дороговизной производимых деталей.
Новая технология, называемая как трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM) , позволяет экономически выгодно наладить серийное производство таких ответственных деталей самолета, как крылья, хвост и т.д. К этим деталям предъявляются самые жесткие требования, прочность таких деталей должна быть 6000 МПа.
Укрепление углеволокна пластиком по данной технологии позволило добиться получение материала, отвечающим всем требования авиастроения. Кроме того, это позволило снизить себестоимость производства самолетов в целом. Ни одна фирма в мире раньше не производила такие большие и ответственные детали по данной технологии.
В 2018 году на шоу винтажных автомобилей Pebble Beach Concours d"Elegance в США показали новый гиперкар Bugatti под орущим для русскоговорящих названием Divo. Эта тачка оказалась самой дорогой в ассортименте известного бренда. Всего выпустят 40 машин по 5 миллионов евро каждая - все они давно раскуплены.
Это не принципиально новая модель Bugatti - она построена на базе Chiron. Её внешний вид значительно отличается от прообраза. Гиперкар получил новый обвес, спойлер и другие детали, которые увеличивают его прижимную силу до более чем 450 килограмм - это на 90 килограмм больше, чем у предшественника. У машины такой же двигатель на 8 литров и 16 цилиндров, а максимальная скорость ограничена на отметке 380 километров в час. У Divo прокачанные ходовая и тормозная системы, его позиционируют для использования на треке, но гонять на таких точно будут и за его пределами.
Значимой разницей между Divo и Chiron также стал вес - он уменьшился на 35 килограмм. Это стало возможным за счёт повсеместного использования карбона. Да, настолько большой кусок текста в начале этой статьи нужен был именно для того, чтобы подвести вас к разговору об этом материале.
Карбоном называют композитный материал - углепластик
Карбон - это такое многослойное полотно, которое формируется из волокон углерода, завёрнутых в обёртку из полимерной смолы. Если же говорить о правильном нейминге, то именно карбоном называют углерод, из которого делают карбоновое волокно, также называемое углепластиком. Если же откинуть нудные рассуждения, то карбон = углепластик. Сегодня к числу таких веществ относят абсолютно все полотна, в состав которых входят углеродные волокна, а вот звенья между, которые их связывают, уже могут быть абсолютно разными. Таковы реалии.Карбон - это современный материал. Но кроме уникальных особенностей у него также очень высокая стоимость. Когда за один килограмм стали обычно просят меньше одного доллара, качественный карбон оценивают в двадцать раз больше, и в ближайшее время его цена вряд ли опустится.
Первоначально карбон разрабатывали именно для автомобилей наивысшего класса и космической отрасли. Тем не менее, из-за небольшого веса и высочайшей прочности его используют в современных самолётах, для производства спортивного инвентаря, а также в технологической медицине.
Карбон состоит из отдельных нитей: как их производят
Чтобы сделать карбон, нужна нить из полимеров или органики: полиакрилонитрильная, фенольная, лигниновая, вискозная. Её термическим образом обрабатывают в открытом пространстве при температуре 250 градусов по Цельсию в течение суток. За это время она фактически обугливается.По окончанию окисления начинается процесс карбонизации. На этом этапе происходит нагревание материала в азоте или аргоне - при этом уже используется температура порядка 800–1500 градусов по Цельсию. В итоге в ходе этого процесса получаются структуры, которые напоминают молекулы графита. После этого происходит насыщение углеродом, что называют графитизацией - оно осуществляется в той же среде, но уже при температуре 1300–3000 градусов. Данный процесс может повторяться несколько раз, чтобы добиться концентрации углерода на уровне 99% - при этом материал постоянно чистят от азота. После этого он достигает необходимой прочности.
Немного о том, какими могут получиться полотна карбона
Отдельные нити карбона можно «скручивать» в единое полотно несколькими способами. От того, какой используется, зависит не только рисунок получившегося материала, но и его технические характеристики: прочность, плотность, жёсткость и не только. А вот чтобы получить оптимальные значения по этим показателям, чаще всего используют послойную проклейку разных видов волокон. Именно тогда материал получается максимально практичным и технологичным. Здесь есть свои нюансы, но основных видов волокна четыре. Это полотно, ёлочка, сатин и корзина. Вот, как они выглядят.
Полотно. Этот вид плетения считается наиболее плотным. В данном случае нити карбона переплетаются по очереди один к одному. Главным преимуществом этого типа считается максимальная фиксация фактуры. Тем не менее, за счёт этого оно получается менее пластичным.
Ёлочка. Этот вид плетения называют саржевым. В данном случае используется схема два к двум: две основные нити вплетаются через пару других нитей. Это плетение куда прочнее, чем предыдущее, и считается самым востребованным. Чаще всего используют именно его.
Сатин. Такое плетение - антипод двум предыдущим. Оно считается наименее плотным, но наиболее пластичным. Каждая из основных нитей в данном случае проходит над несколькими дополнительными нитями - именно это даёт ему необходимую рыхлость.
Корзина. Фактура этого волокна считается наиболее привлекательной. Тем не менее, его очень сложно выложить, чтобы не исказить рисунок - с таким умеют работать только настоящие профессионалы. А вот практической пользы у него не так и много.
Чтобы сделать карбон, используют несколько способов
Выше мы рассмотрели, как делают карбоновые нити, а также поговорили о вариантах плетения, которые нужны, чтобы создать из них полотно. Дальше из карбона нужно сделать готовую объёмную деталь для современного автомобиля, велосипеда и так далее. Для этого используют три способа.Прессование. Это чуть ли не самый простой способ создать деталь из карбона. В его рамках полотно выкладывают в специальную форму, а потом пропитывают эпоксидной или полиэфирной смолой. После этого лишнюю пропитку попросту вытесняют чем-то вроде пресса или используют для этого вакуумные машины. Когда смола застывает, получается необходимая деталь. Смола в этом случае должна пройти по дороге полимеризации. Чтобы ускорить этот процесс, можно использовать повышенный температурный режим. На выходе обычно получается полая деталь, которую называют листовым углепластиком.
Формование. Для этого способа работы с углеволокном понадобится макет готового изделия, который также называют матрицей. Её обычно делают из алебастра, гипса или монтажной пены. На неё накладывается пропитанное смолой полотно из карбона, а потом оно прокатывается специальными валиками, чтобы убрать весь воздух между материалом и заготовкой - это может происходить как в холодном состоянии, так и в горячем. После этого, как и в предыдущем случае, нужно дождаться, чтобы смола высохла. Затем готовое изделие можно отделять от заготовки и начинать сначала.
Намотка. Этот вариант работы с карбоновым волокном применяется только для создания труб и других аналогичных деталей. В данном случае оно всё так же пропитывается специальной смолой, а потом наматывается на заготовку соответствующей формы. Важно понимать, что и в этом случае, и в двух других, может быть не один слой волокна, а несколько. Как мы уже отмечали выше, если одновременно использовать карбон разного плетения, можно добиться оптимальных показателей по прочности, упругости и пластичности - это очень важно. Плюс ко всему, указанные операции обычно происходят не вручную, а на заводах в промышленных масштабах.
Немного технических особенностей для понимания карбона
Так как карбон делается из нескольких материалов (углеродное полотно в качестве основы и эпоксидная смола для связки), которые отличаются свойствами, он получается достаточно интересным и необычным по своим техническим характеристикам. Именно поэтому его и используют в суперкарах и не только.| Показатели | Плотность (ρ, кг/ м³) | Температурный режим (Тпл, °C) | Предел прочности (σB, МПа) | Упругость (σB/ρ, МПа/кгм-3) |
| Углерод | 1413 | 3700 | 2760 | 157 |
| Стекло E | 2548 | 1316 | 3450 | 136 |
| Стекло S | 2493 | 1650 | 4820 | 194 |
| Графит | 1496 | 3650 | 2760 | 184 |
| Молибден | 166 | 3650 | 1380 | 14 |
| Полиамид | 1136 | 249 | 827 | 73 |
| Полиэфир | 1385 | 248 | 689 | 49 |
| Сталь | 7811 | 1621 | 4130 | 53 |
| Титан | 4709 | 1668 | 1930 | 41 |
| Вольфрам | 19252 | 3410 | 4270 | 22 |
| Алюминий | 2687 | 660 | 620 | 2300 |
| Асбест | 2493 | 1521 | 1380 | 5500 |
| Бериллий | 1856 | 1284 | 1310 | 7100 |
| Карбид бериллия | 2438 | 2093 | 1030 | 4200 |
У карбона есть не только достоинства, но и недостатки
Карбон отличается сложностью в производстве - сделать его куда труднее, чем стеклопластик или стекловолокно. Именно поэтому он стоит достаточно дорого: тут сказывается и время в работе, и дороговизна необходимого оборудования. На выходе у него есть неоспоримые преимущества и недостатки, про которые нужно помнить.
Преимущества:
- этот материал легче алюминия на 20%, стали - на 40%;
- карбон из углерода и кевлара отличается невероятной прочностью;
- он сохраняет прочность и форму приблизительно до 2000 градусов по Цельсию;
- материал отлично гасит вибрации;
- карбон не боится коррозии;
- это прочный и упругий материал;
- его можно использовать в декоративных целях.
- карбон плохо переносит точечные повреждения;
- этот материал практически невозможно реставрировать после повреждений;
- без дополнительного покрытия он может выгорать на солнце;
- карбон вызывает коррозию металла, поэтому его с ним нельзя соединять напрямую;
- такой материал очень сложно утилизировать и использовать повторно.
Полимерные композиционные материалы получили широкое применение не только в мире производства и тюнинга спортивных автомобилей, но и в авиации, судостроении. Ранее мы рассматривали, как самостоятельно оклеить кузовную деталь пленкой под карбон. Сейчас рассмотрим, как изготовить карбон своими руками.
Методы изготовления
Карбонопластики, а именно так еще называют композитные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, могут быть изготовлены 3-мя способами:
- метод ручной формовки;
- способ вакуумной формовки;
- изготовление с выпеканием в автоклавах.
Изготовление карбоновых элементов в промышленных масштабах требует дорогостоящего оборудования, поэтому в домашних условиях карбон можно произвести только методом ручной либо вакуумной формовки. 
Что нужно для изготовления
Для изготовления карбона вам потребуется:
- углеродное волокно. Различается способом плетения и плотностью, измеряющейся в граммах на метр квадратный (гр/м2);
- разделитель (к примеру, Loctite 770 NC). Применяется для легкого разделения карбонового элемента и матрицы после высыхания. Материал наносится на матрицу детали либо горизонтальную поверхность, на которую будет укладываться лицевой слой карбонового элемента. Лицевой слой может быть только один, если на обратной стороне не требуется создание красивой карбоновой текстуры;
- матрица. Для создания горизонтальных деталей можно использовать кусок стекла либо зеркала. Поверхность должна быть как можно ровнее, так как все дефекты покрытия отформуются на изготовленной детали;
- эпоксидная смола (к примеру, EPR 320);
- отвердитель к смоле (как вариант – EPH 294);
- инструмент для выкройки углеродного волокна. Можно использовать обычные ножницы, но будьте готовы к тому, что резка волокна быстро затупит инструмент. Если планируете изготавливать карбоновые детали серийно, рекомендуем купить электроножницы (эффективность продемонстрирована на видео).
Необходимость дополнительных инструментов и материалов зависит от выбранного способа изготовления. Как бы вы ни старались, но изготовить прочный карбон методом ручной формовки без дополнительной термообработки не получится.
Метод ручной формовки
Методика производства достаточно проста:
- поверхность матрицы очищается от всех загрязнений;
- равномерно по всех поверхности, в несколько тонких слоев наносится разделитель;
- на поверхность наносится слой приготовленной смолы;
- укладывается слой углеродистой ткани;
- волокно пропитывается эпоксидной смолой. Между первым слоем и матрицей, а также между последующими слоями не должно быть пузырей воздуха. Распределять смолу можно обычной кисточкой, пузыри воздуха удобно выгонять валиком;
- накладывается следующий слой, после чего процедура повторяется до набора необходимой толщины детали;
- после укладки финального слоя горизонтальные детали можно спрессовать ответным куском стекла либо зеркала. В таком случае обе стороны детали получат глянцевую поверхность и четкую структуру карбона.
Поскольку стоимость углеродного волокна нельзя назвать демократичной, между первым и последним слоем углеродной ткани можно укладывать стекловолокно. Стеклоткань не должна быть грубой, чтобы не нарушать финальную форму.
Для удешевления изготовления облегченных деталей часто элемент лишь ламинируется углеродным волокном – оно укладывается только в качестве лицевого слоя кузовного элемента автомобиля.
Метод вакуумной формовки
Помимо стандартного набора материалов и инструментов, для изготовления карбоновых элементов методом вакуумной инфузии вам потребуются:
Духовой шкаф для постотвержения элементов из карбона можно также соорудить своими руками. Учтите, что термическая обработка должна производиться при определенной температуре, поэтому следует продумать возможность регулировки и поддержания заданного градуса.
Технология вакуумной инфузии предполагает сборку «бутерброда» из карбоновой ткани и помещения его в герметичное пространство. После укладки происходит откачка воздуха и подача к заготовке смолы. Пропитанную смолою ткань оставляют под вакуумом на 20-30 минут, герметизируя трубки подачи смолы и отбора воздуха. Для начального отвержения достаточно 24 часа и комнатной температуры, после чего деталь из карбона следует отправить на постотвержение в духовой шкаф. Расписывать метод вакуумной инфузии в деталях мы не стали, так как процесс подробно показан на видео.
Углепластик - материал из переплетенных нитей углеродного волокна. Его можно сделать как самостоятельно, так и купить уже готовое изделие. В статье же будет рассмотрен первый вариант - карбон своими руками.
Как сделать углепластик своими руками
Углепластика первым делом нужно сделать основание, которое может состоять практически из любого материала. Хорошо подходит пенопласт, так как ему можно придать самые различные формы, что очень важно в процессе тюнинга. Однако некоторым водителям будет тяжело работать с подобным материалом из-за неприятного звука. Альтернатива пенопласту - гипс, раствор цемента, пластик, дерево, либо же металл. Вариаций, как видно, достаточно много. Чем сложнее задуманная деталь, тем более «послушный» материал выбирайте.
Соорудив основание, дайте изделию просохнуть до полного затвердевания. Это актуально, если, к примеру, использовался гипс или цементный раствор. Далее следует покрыть деталь гелькоатом - вещество из эпоксидной смолы. Используйте кисточки разного размера, валик, либо же распылительный механизм. Данный слой несет сразу две функции: защитную или декоративную. Гелькоат имеется в самых разнообразных цветах, что является вторым большим плюсом. Первое достоинство - высокая прочность материала. Вы можете выбрать любой оттенок, исходя из своих предпочтений или цвета автомобиля.
После нанесения эпоксидной смолы и её полного высыхания, можете приступать к непосредственной обшивке. Купив стеклоткань, либо ткань из углепластика, разрежьте ее на соответствующие части. Далее, приложив материал к будущей детали, нанесите клеящую смесь, которая производится из полиэфирной смолы и затвердителя. В некотором роде процедура похожа на поклейку - под углеволокном не должно образоваться никакого воздуха, все обязано быть сделано аккуратно и максимально качественно. Если пузырьки все-таки образовались, выдавите их твердым предметом, например, валиком до высыхания изделия. Воздух значительно повлияет на устойчивость изделия к внешним факторам - уровень надежности уменьшится.
Изготовление деталей из карбона своими руками
Время полного застывания детали напрямую зависит от качества смолы и других составляющих. Это может быть несколько часов, либо же несколько суток.
Когда изделие полностью высохло, подручными средствами, например, ножницами, напильником и т.п., аккуратно извлеките его из формы. Далее придайте детали надлежащий вид, удалив остатки смолы и других материалов. Если потребуется, сделайте отверстия. Начинайте сверление только снаружи. По окончании действия края отверстий обработайте гельканатом. Данный этап заключительный. Осталось лишь установить карбоновую обшивку.
Изготовление карбона
Процесс тюнинга автомобиля карбоном относительно несложный. Наиболее проблематичный этап в этом деле - придать материалам нужную форму, чтобы «вписалась, как родная».
Также стоит остановиться на себестоимости углепластиковой отделки. Огромным минусом является стоимость всех необходимых товаров. Вам придется прилично раскошелиться на саму ткань, смолу, гелькоат и т.п. В среднем, потребуется около 15 тысяч рублей.
Если вы желаете сделать карбон по всем правилам, тогда придется докупить спецоборудование для вакуумной формовки, благодаря которому на последнем этапе исключится образование пузырьком воздуха. Надежность изделия тогда в разы возрастет. установки варьируется в пределах 200 долларов. Приобретя ее, вы сможете тюнинговать не только свою машину, но и делать карбоновые детали на заказ, тем самым увеличив ежемесячный доход. Однако это зависит от вашего желания: дело достаточно затратное не только в финансовом плане, потребуется еще много времени.
Однако при всем этом изготовление карбоновой обшивки своими руками сэкономит не одну тысячу рублей. В магазинах «накрутка» цены порой переходит все границы, делая тюнинг углепластиком для некоторых водителей просто недоступным.