Одним из самых престижных и дорогих материалов для рукояток ножей помимо титана и дорогостоящих пород древесины, является разновидность углепластика, так называемый «карбон». Материал ценится за исключительную легкость, прочность и эстетическую красоту.
Карбон (от англ. carbon — углерод) — это полимерный материал с композитным составом, изготовленный из переплетенных нитей углеродного волокна (сarbon fibers). Эти нити изготавливаются с использованием эпоксидных смол. Средняя плотность материала от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³. Главным отличием карбона от других полимеров применяемых при изготовлении ножей является очень небольшой вес. Именно вес в совокупности с исключительной прочностью дает карбону преимущество перед другими материалами рукояток: полимером G10, микартой, пластиком FRN и т.д. При этом по удельным характеристикам прочности карбон превосходит конструкционные стали. Основными качествами карбона являются: высокая прочность на разрыв, стойкость к высоким температурам, агрессивным средам, незначительное расширение при нагреве, высокая электропроводимость. Также важной чертой карбона является его естественный, получаемый при производстве черный цвет, который придает ему благородный и элитарный внешний вид.
Основу материала составляют нити углеродистого волокна, средней толщиной 0,005-0,010 мм в диаметре. Углеродные волокна изготавливаются в результате сложного процесса термообработки. Основное волокно (полиакрил, вискоза) изначально подвергается окислению на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры (полимеры, макромолекулы которых попарно сшиты регулярными химическими связями). Затем происходит карбонизация (процесс обогащения нитей углеродом), который проходит при нагреве волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур (аллотропных модификаций углерода). Процесс термической обработки заканчивается графитизацией (образованием графита в материалах, в которых углерод содержится в растворенном состоянии или в виде карбидов), она проходит при температуре 1600-3000 °C, в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. Помимо обычных органических волокон, для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.
Углеродные ткани в свою очередь получают путем плетения нитей или лент. При производстве этих нитей за основу взят углеродный ровинг - жгут из тонких непрерывных нитей углеродного волокна толщиной от 3-х микрон, образованных атомами углерода. После переплетения они составляют каркас углепластика. Количество углеродного волокна в нити оценивается числом «К» — количеством тысяч элементарных углеродных волокон. Самое тонкое и самое дорогое углеродное волокно — 1К, наиболее распространенное углеродное волокно 3К, существуют также нити из углеродного волокна с К = 6, 12, 24, 48. Ткань, изготовленная из нитей, может иметь разнообразный рисунок плетения (ёлочка, рогожа, саржевое плетение и др.). Для придания ещё большей прочности ткани, нити углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол. Такая структура карбона дает возможность армировать волокно дополнительными элементами, упрочняющими его структуру и придающими ему разные цвета и фактуру поверхности. Этими материалами могут быть различные нити, блестки, полимерные материалы разных цветов.
Основными методами изготовления карбоновых пластин являются:
Прессование, при котором ткань выстилается в форму, предварительно смазанную так называемым антиадгезивом, предназначенным для уменьшения сцепления поверхностей друг с другом. Им может мыло, воск и т.д. Затем ткань пропитывается смолой, а излишки смолы удаляются в вакууме (вакуум-формование) или под давлением. После полимеризации, смолы изделие приобретает законченный вид.
Вакуумная инфузия, позволяет создавать ламинатный пакет наложением слоев ткани друг на друга и под слои подается вакуумное разряжение. Затем через клапан подается связующие вещество и под действием вакуума оно заполняет пустоты и пропитывает углеродную ткань.
Вакуумное формование, представляет собой склеивание слоев при высоких температурах и затем воздействие вакуумом для формирования объема изделия. Этот способ является одним из самых дешевых.
Метод намотки, который заключается в наматывании пропитанного ровинга на предварительно подготовленную форму. После намотки нужного числа слоев, форма с намотанной тканью помещается в нагревательную печь и полимеризуется.
Метод SMC/BMC заключается в помещении ткани в пресс-форму, нагретую до рабочей температуры. Пресс-форма смыкается, в результате чего под давлением материал растекается в полости формы и затвердевает. В конце цикла изделие извлекается из пресс-формы, и производится его окончательная механическая обработка и окраска.
Карбоновое волокно применяется в различных сферах. В частности, в авиа и ракетостроении, при производстве деталей корпуса автомобилей и мотоциклов, бытовой техники и высокотехнологичных исследовательских приборов. И уже порядка 20 лет карбон широко применяется в изготовлении рукояток ножей среднего и премиального сегмента. При этом на складных ножах карбон может быть как в виде накладок на стальные лайнеры, так и в виде единственного материала рукояти, закрепленного винтами через бонки.
Карбон, идущий на изготовление ножей, помимо своих основных прочностных характеристик, должен иметь еще и достаточно привлекательный внешний вид. Именно этот фактор увеличивает его стоимость, осложняя технологию производства и требуя самых качественных исходных материалов. Для проклейки слоёв используются самые дорогие и качественные смолы, и более дорогое оборудование, в частности химические реакторы (автоклавы). Кроме того, для повышения сцепления с рукой карбон подвергают пескоструйной обработке, что также увеличивает затраты на производство. Необходимо также помнить, что работа с карбоном требует обязательной защиты органов дыхания и специальных помещений с хорошей вентиляцией, и это также ведет к росту цены.
Цветовая палитра и текстура карбона, используемого на ножах, может быть разнообразной. Среди разновидностей карбона применяются:
Мозаичный карбон, который может быть как однотонным, так и разноцветным. Такой карбон применяется для радиусных проставок на ножах со сложными многосекционными рукоятками. В данном карбоне могут применяется несколько технологий окрашивания.
Мраморный карбон - представляет собой хаотичное сплетение карбоновых нитей, каждая из которых по-разному отражает свет, что дает ему возможность блестеть под разными углами обзора.
Карбон Lightning Strike («удар молнии») с медной нитью в виде сетки, вплетённой в углеткань по всему её объёму. Внешне аналогичный применяемому в фюзеляжах американских самолетов для защиты от ударов молний. Это достаточно тонкий карбон саржевого плетения. Обладает глубоким и ярким рисунком.
Как и любой дорогостоящий, и при этом сложный в изготовлении материал, карбон имеет ряд недостатков. При производстве углепластиков необходимо очень строго выдерживать технологические параметры, в случае нарушения которых, прочностные свойства изделий резко снижаются. Для контроля качества изделий могут применяться ультразвуковая дефектоскопия, рентгеновская и оптическая голография, а также акустический контроль. Без них производитель работает «наощупь» и может не заметить скрытых дефектов. Другим серьёзным недостатком углепластиков является их низкая стойкость по отношению к ударным нагрузкам. Также необходимо помнить, что со временем карбон выцветает и может существенно терять свое главное преимущество – привлекательный внешний вид. Однако несмотря на эти недостатки карбон по праву является премиальным материалом для лучших ножей.
