Что такое карбон: состав, свойства и применение в автомобильной промышленности

Что такое карбон: достоинства, процесс установки, назначение и области применения

Что такое карбон

Карбон – это композитный материал, состоящий из углеродных волокон, пропитанных полимерной смолой и подвергнутых отверждению под воздействием давления и температуры. В профессиональной среде его обычно называют углепластиком или carbon fiber reinforced polymer (CFRP) в англоязычной терминологии.

Данный материал находит широкое применение в тех сферах, где необходим минимальный вес при высокой прочности. К ним относятся автоспорт, авиация, космическая техника, спортивные велосипеды и, в некоторых случаях, медицина. В автомобильной промышленности углепластик давно используется как конструкционный материал, и одновременно с этим возросла его популярность в качестве декоративного элемента – правда, чаще всего в виде имитации, поскольку настоящий углепластик стоит очень дорого.

Карбон на машинах

Благодаря ряду особых характеристик, данный материал получил широкое распространение в автомобильной отрасли.

Благодаря меньшему весу по сравнению со сталью и алюминием, достигается снижение общей массы шасси и кузова.
Карбон обладает значительной прочностью при изгибе, кручении и растяжении, что критически важно для обеспечения управляемости и безопасности.
Полный «иммунитет» к коррозии (т.к. это не металл).
Обеспечивает создание деталей со сложной геометрией в едином процессе.
Привлекательный внешний вид, который нередко оставляют без покраски (хотя это и вопрос личных предпочтений).

Учитывая вышеизложенное, карбон применяется при производстве кузовных панелей, крыш, элементов подвески, приводных валов, сидений, а также несущих конструкций спортивных, суперспортивных автомобилей и гоночных машин.

Не пропустите: Renault попал в российский санкционный список: что произошло

Как выглядит карбон

Углепластик традиционного типа имеет узнаваемый вид благодаря особенной структуре перекрещивающихся волокон – как правило, это диагональный узор, напоминающий «елочку» или шахматную доску. Как правило, он окрашен в черный или темно-серый цвет и покрыт глянцевым или матовым лаком. В зависимости от типа, структура может быть организованной, «шашечно-елочной» (для тканого материала), либо нерегулярной (для кованого).

Из чего делают карбон

Карбон представляет собой композитный материал, состоящий из нескольких компонентов. Как правило, основной состав материала включает:

Углеродное волокно служит ключевым конструктивным элементом. Название материала отражает его состав: это сверхтонкие нити, в значительной степени состоящие из атомов углерода, расположенных в удлиненных кристаллических структурах. Диаметр отдельной нити составляет около 5-7 микрометров, что примерно в 10-15 раз меньше диаметра человеческого волоса.
Полимерные смолы, такие как эпоксидные и полиэфирные, служат для соединения волокон.
Использование добавок и отвердителей сказывается на конечной прочности и способности к термостойкости.

Как делают карбон

Для изготовления продукции необходимо специализированное и дорогостоящее оборудование. Компоненты также отличаются высокой стоимостью. Ориентировочная последовательность производственного цикла выглядит следующим образом:

Полотно или ленту создают, используя углеродные нити.
Тканевый материал располагают в соответствии с чертежом, обеспечивая заданное положение волокон относительно формы детали.
Нанесение смолы на ткань осуществляется вручную или с использованием вакуумной технологии).
Деталь отверждают под давлением и температурой.
После затвердевания проводят заключительную обработку и применяют финишное покрытие.

Не пропустите: Что происходит с автомобилем после смерти владельца и можно ли на нем ездить

Прочность изделия напрямую связана с ориентацией волокон, что объясняет, почему карбон нельзя считать материалом с неограниченной прочностью. Характеристики этого материала существенно определяются расположением волокон при изготовлении и тем, как нагрузки будут воздействовать на деталь в процессе эксплуатации.

Виды карбона

Классификация материалов осуществляется на основе их структуры, применяемой технологии производства и функционального назначения. В автомобильной промышленности применяются два основных типа.

Тканый карбон

Традиционный вид, характеризующийся аккуратным и симметричным расположением волокон. Отличительные черты:

предсказуемые свойства (т.к. волокна залиты равномерны);
высокая жесткость;
узнаваемый внешний вид, что часто определяет «модность» элемента и его стоимость.

Широко применяется в автоспорте.

Кованый карбон

Представляет собой смесь мелкодисперсных углеродных волокон, перемешанных с полимерной смолой и подвергнутых воздействию высокого давления. Характеристики:

менее предсказуемые свойства ввиду неравномерности расположения элементов;
технологически выгоднее тканого — меньше отходов при производстве;
хаотичный «мраморный» рисунок.

Этот вид углепластика находит широкое применение в оформлении фасадных элементов.

Плюсы и минусы карбона

Плюсы:

очень малый вес в сравнении даже с алюминием, не говоря о стали;
высокая удельная прочность. В ряде случаев выше той же стали;
коррозионная невосприимчивость — т.к. карбон не металл;
возможность создавать сложные формы одной деталью.

Минусы:

высокая стоимость материалов и производства;
низкая (почти нулевая) ремонтопригодность при серьезных повреждениях;
несмотря на общую прочность — чувствительность к резким ударным нагрузкам (хрупкость).

Не пропустите: Цены на автомобили в России значительно выросли

Частые вопросы

Что прочнее: титан или карбон?

Выбор материала зависит от конкретной задачи: титан обладает большей пластичностью и устойчивостью к разрушению, в то время как карбон превосходит его по жёсткости. На практике эти материалы нередко комбинируют.

Карбон и углепластик — в чем разница?

В обиходе и в маркетинговых материалах часто используется слово «карбон», однако технически правильным обозначением является «углепластик.

Опасно ли углеродное волокно для здоровья?

В уже произведенных изделиях данный материал безопасен. Опасность представляет собой лишь его механическая обработка, такая как резка или шлифовка. В процессе образуется мелкая углеродная пыль, способная вызывать раздражение кожи, глаз и слизистых оболочек дыхательных путей.

Главное о карбоне

Карбон представляет собой композитный материал, основу которого составляют углеродные волокна и связующая смола.
Ключевые преимущества заключаются в комбинации легкости и прочности.
Широко применяется в автоспортивной промышленности.
Бывает тканым и кованым.
Дорог в производстве, но эффективен по характеристикам.
Характеристики напрямую определяются типом (расположением волокон).
Карбон – это не разновидность пластика, а современный материал, требующий специфической технологии изготовления.

Илья Калинчиков