Казалось бы где машиностроение и углепластик. Где то в космосе. Но вообще его обрабатывают резанием. Так что вводная, о космическом ....
Что за углепластик?
Углепластик более известный как карбон, обычный композитный материал. Композиты это структуры взявшие лучшее и нивелирующие отрицательные черты своих компонентов.
Через это получается уникальный состав с небывалыми свойствами. Бетон самый популярный из композитов. Твердый сплав тоже композит. Как и фанера которая все еще летит над Парижем. Ближе всего к карбону стеклопластик.
Стеклопластик это залитое эпоксидной смолой основание из стекловолокна.
Гибкое, прочное но бесформенное стекловолокно становится жестким, легким и ударостойким после соединения с жидкой смолою. Ровно тоже самое и у карбона. С единственным отличием: вместо стекловолокна, углеродные нити.
Которые также фантастически прочны, гибки и легки. Но потому что на карбон обратили больше внимания всякие аэро, авто концерны и космические агентства, карбон активнее разработан и имеет в своей составе больше переменных.
Потому подходит и для рукояток ножей из-за красоты и для космических кораблей, потому что крайне прочен. Теперь стоит узнать из чего состоит карбон и какой он разный
Из чего стоит углепластик?
Карбон или карбонопластик как еще называют углепластик, сделан из волокна и вещества его связывающего. Всего два компонента создают гигантский простор для творчества и технологий. Узнаем же как. Сначала нити и волокна
Нити углеродные
На 99% состоят из углерода, долго обработанного химическими реагентами и температурой. Выстроенные в нить атомы углерода нагревают до 3000 градусов, отчего вибрируют так сильно, что вышвыривают из своих цепей все что не похоже на углерод.
Получается чистая углеродная нить фантастической твердости. В зависимости от исходного сырья, нити имеют самые разные свойства. Нити сплетают в нитки побольше из которых ткут углеродное волокно.
Углеродное волокно
Плотно уложенные пряди или нитки имеют самые разные характеристики. Как например из ивовых ветвей можно сплести корзину или стену дома. Или из шерсти можно состряпать трогательный шарфик или солдатскую шинель, пампончик на шапку или валенки чтобы раздавать подседалищные пендели. Из углеродных нитей делают такие же разные штуки. Итак: углеродные нити сплетают в полотно
Шахматное или полотняное
Прочно но крайне не гибко. Подойдёт для труб, изгибов, с одним углом, еще лучше для плоских листов. Ниже в виде кубика конструктора.
Волокно UD или однонаправленное, нити лежат сцепленными, одной ниткой, в одном направлении.
Благодаря чему достижима максимальная прочность на разрыв. Используется в создании самолётов, разных демократических ракет и прочих дронов. При этом UD дешево, потому что плести не надо.
Полотно саржевое, хороший выбор для сложных деталей и узловатых поверхностей. При этом превосходит шахматное по устойчивости к повреждениям.
Атласное некоторого отдаления может показаться совсем гладким, потому что у них сложный узор и тонкие пряди меж собой переплетенные замысловато.
Именно так плетут шелковые ткани уже триллион лет в Китае. Потому многие считают его прекрасным. Однако атласный, говорят самый нестабильный и ударонеустойчивый вид. Ударонеустойчивый среди других углеродных волокон. Алюминия он все равно крепче.
Этим разнообразие углеродного волокна не ограничивается. Возможен любой другой каприз. Хоть карбон с узорами из букв вашего имени. Так что найдите себе ткача или ткачиху со своим станком. Пускай ткут.
У нас есть нити, есть и ткань нужно чем то закрепить....
Матрица
Именно это слово использовали чтобы назвать субстанцию, заполняющую пространство между нитями и сделает из податливой ткани, жесткий панцирь, твёрже стали.
Матрица это обычно полиэфирная, виниловая и многие другие смолы.
Смолы делят на термореактивные, застывающие значит и никакими силами их невозможно вернуть в жидкое состояние. И смолы термопластичные, которые можно сделать жидкими если рядом будет кто то горячий.
Я не понял до конца используют ли термопластичные смолы для создания карбона. Но это не важно. Важно что на этом не конец. Теперь когда собрались все участники нужно их сформировать
Технология
В целом один процесс, но я бы разделил на 2 этапа: укладка и заливка
Укладка
Когда в форму выкладывают углеродное волокно. Это важно, потому что ткань должна ложиться по всей форме. И создавать собою армирование. А для автомобильных деталей скорее важен красиво уложенный узор, потому там используют цельные листы.
Например сложные формы с углами подходят для саржевых пород. Формы космического корабля или оперения самолета для однонаправленных. Трубы обволакивают шахматными мастями, а если надо обернуть велосипед, подойдёт и атласная фактура. Чтобы заполнить самые укромные полости очень сложных форм, ткань кромсают и укладывают мелкими кусками.
В кустарных, ремонтных мастерских укладывают вручную подгоняя все мелкие кусочки. Машины же на крупных предприятиях, кладут целое полотно, отрезая все лишнее.
Итого форма в виде детали, но пока из углеродного волокна есть. Что делать теперь?
Заливка
Все сводится к тому что эпоксидная смола заливает каждый укромный уголок и каждую щель углеткани и формы в которой углеродное волокно находится.
В кустарном производстве просто заливают смолой и ждут. Матрица может застыть и на свежем воздухе.
Чтобы заполнить форму качественно и промышленники и успешные ремесленники используют вакуум. Это значит сначала форму укладывают в виде детали, потом одевают воздухонепроницаемый пакет и с одной стороны закачивают жижу. С другой откачивают воздух и смотрят чтобы все заполнилось. Называют технологию с мешком вакуумной инфузией.
Крупные компании каждая по своему подошли к созданию карбона. Несколько иначе укладывают, несколько по другому засыпают матрицы, иначе сушат. Но в целом я бы назвал это горячей штамповкой. Процесс сводится к запрессовыванию и трамбованию чтобы карбон был плотный и готово.
Самые ответственные детали еще и запекают при температуре порядка 500 градусов.
Почему карбон дорогой?
Думаю у читателя и не возникнет вопроса, почему карбон в 20 раз дороже алюминия. А все потому что труда, или возни с плетением, нитями и укладкой. Материалов, а именно волокна, смолы и расходников. Энергии, вакуума и электричества ушло таки намерено.
Возможно карбон и подешевеет, когда в него будут вкладываться еще больше энтузиастов и будут разработаны еще больше технологий. Но не сегодня. И главное зачем всё это?
Где используют углепластик?
Карбон легок и например при весе половину алюминиевой детали, он крепче.
Карбон не подвержен коррозии, он никак не реагирует ни на что, кроме некоторых особенно агрессивных кислот. Однако он заставляет деградировать другие металлы рядом с собой, потому надо использовать разные прокладки, переходники, изолирующий клей и другие штуки чтобы карбонопластик напрямую не соединялся с цинком, алюминием и сталью. На перечисленное он действует как медь на алюминий при элктрическом контакте
Углепластик прочнее стали на разрыв и может стать отличным валом. Но пока уступает стальным валам, в перенесении нагрузок скручивания. Зато выигрывает у стальных валов 10 баллов по весу и бесконечно прочнее той в отношении к морской воды.
А еще карбон проводит электричество и требует меньше смазки при трении. Так что карбон внедряется в производство, удешевляется как и всякий массовый продукт. Так что вы обязательно встретитесь если будете работать в промышленности😄
На днях встречался с углепластиком так что решил понять как он устроен. Скоро напишу про обработку космопластика резанием.
Итого: карбон шикарный, хотя сложный и дорогой. Не такой дорогой как может показаться и не такой сложный, чтоб в каждом втором гараже его не могли штамповать.
Спасибо за внимание, ставьте пальцы вверх, мне очень нужно социальное одобрение😎Пишите свои дополнения. И подписывайтесь, чтобы я рассказывал вам всякое.
И вот еще читайте про холодильщиков и как не совершать ошибок