Особенности углепластика
Карбоновые детали составляют достойную конкуренцию изделиям из стали и сплавов. По прочности они не уступают металлу, по весу – легче алюминия. Поэтому углепластик широко используется в строительной, автомобильной, авиатехнической и космической сферах. Инновационный материал представляет собой полимер, изготовленный из нитей углеродного волокна, залитых эпоксидной смолой. Характеризуется высокими показателями жесткости, пригоден для вторичной переработки.
Особенности производства
Работа над созданием углепластика проходит в несколько этапов:
- обрабатывают сырье для получения полимера;
- готовый полимер скручивают в длинные волокна, которые промывают и растягивают, что позволяет добиться выравнивания молекул для получения нужного диаметра нитей и их упрочнения;
- третий этап – стабилизация – волокна нагревают при температуре 200-300 градусов в кислородной среде;
- затем заготовку разогревают при температуре 1000-3000 градусов в азотной или аргоновой среде – это процесс карбонизации, который повышает способность нитей связываться со смолой.
Углеродное волокно скручивают в рулоны, а после используют для изготовления углепластика. Для этого нити связывают с помощью специального полимерного жидкого или твердого компонента. Выбирают термопластичные или термореактивные смолы: винилэфирную, эпоксидную, полиэфирную.
Плотность карбона варьируется в пределах 1450-2000 кг/м². По сути это пластик, который был армирован углеродным волокном и приобрел особые прочностные характеристики. Он незаменим в ситуациях, когда нужно использовать деталь, которая мало весит, но выдерживает высокие нагрузки и агрессивное воздействие внешних факторов.
Свойства материала
Углепластик, как и изделия из него, отличается особыми эксплуатационными характеристиками:
- высочайшие показатели прочности на растяжение;
- легкий вес – в сравнении деталей из карбона и металла выигрывают изделия из композита, поскольку они на 30-50% легче, чем металлические;
- отличная коррозийная стойкость, устойчивость к воздействию щелочей, солей, кислот;
- максимально простая обработка – материал легко резать, сверлить, шлифовать;
- не нуждается в покраске и нанесении других видов защитных покрытий – декоративная отделка может быть применена только для придания изделиям более привлекательного вида;
- долгий срок службы даже в сложных атмосферных условиях;
- электропроводность – делает его хорошим выбором для производства полимерных изделий с электростатическими свойствами.
По показателям удельной прочности углепластик превосходит сталь и прочие распространенные металлы.
Сфера применения
Из чистого углеродного волокна с полимерной смолой производят:
- круглые и квадратные стержни;
- трубки с различными видами внутреннего сечения;
- цветные трубки;
- полосы и ленты.
В дальнейшем заготовки будут использованы для создания различных крепежей и деталей, используемых в сфере робототехники, строительстве, машиностроении, авиаконструировании. Востребован материал и в сфере производства спортивного инвентаря. Его применяют в производстве принадлежностей для тренировок дорогого сегмента.
Карбон нередко называют материалом будущего. Он легко может заменить алюминий или сталь во многих проектах, где требуется сохранение высоких прочностных характеристик и снижении массы. Углепластиковые прутки, трубки, полосы устойчивы к износу и трению, не подвержены химической коррозии. Из минусов можно отметить только высокую стоимость заготовок – настоящие карбоновые детали стоят недешево.