Карбон это что: Что такое карбон или углепластик — Выкуп авто в Санкт-Петербурге, скупка автомобилей в любом состоянии в СПб срочно и дорого // РЕМАВТО

Содержание

Что такое карбон? | Renegade Design

Карбон состоит из тонких прочных кристаллических нитей графита, которые используются для упрочнения материала. Углеродное волокно, которое используется в карбоне может быть тоньше человеческого волоса. Но несмотря на этого обладает прочностью за счет скручивания вместе, как пряжа. Карбон относиться к разряду композиционных материалов, к классу углепластиков, который объединяет в себе несколько тысяч разных рецептур. Этот материал чаще всего встречается на тюнингованных автомобилях на определенных элементах кузова. Как правило, карбоном обтягивают капот, обвес или спойлер. Но важно отметить, что он может применяться в абсолютно различных местах транспорта. Также, его зачастую применяют для дизайна в салоне. Этот материал пользуется спросом из-за своей прочности и легкости. Несмотря на то, что он легче алюминия или стали, он является прочнее металла.

Как изготовляется карбон

Карбон производится в результате химического и механического процесса. Он начинается с вытягивания длинных нитей волокон, а затем их нагревания очень высоких температур. При этом нельзя допускать контакт с кислородом, чтобы не возникло горение волокон. В результате остается волокно, состоящее из длинных, плотно связанных цепочек атомов углерода, и остается лишь несколько не углеродных атомов. Формирование материала состоит из таких этапов:

В конечном итоге получает надежная карбоновая пленка, которая отличается прочностью и надежностью. Помимо этого карбон обладает такими характеристиками:

Высокий уровень жесткости.
Прочность и износостойкость.
Стойкость к химическим веществам.
Устойчивость к перепадам температуры.
Низкое тепловое расширение.

Исходя из этого можно сделать вывод, что карбон очень популярен. И чаще всего его используют во многих автомобильных отраслях.

Применение карбона в автомобилях

На сегодняшний день сложно представить себе тюнингованный автомобиль без единой детали в карбоне. Кроме, эстетической стороны этот материал ценен своей практичной стороной. Карбон быстро завоевал популярность в автомобильном мире. То, что раньше было зарезервировано для специальных автомобилей, теперь стало тем, что можно увидеть во многих потребительских спортивных автомобилях и даже некоторых грузовиках. Он служит уникальной дизайнерской особенностью, которую любят многие люди и даже пытаются воспроизвести с помощью виниловых оберток.

Среди преимуществ карбона для автомобилей можно отметить:

помогает защитить покрытие от сколов и царапин;
маскирует все неровности и мелкие дефекты;
возможность применения для металла, пластика и стекла;
срок эксплуатации составляет более 5 лет.

Но важно отметить, что карбон это намного больше, чем просто изделие для косметического декора. На самом деле углеродное волокно обладает структурной жесткостью и легким весом, что делает его одним из лучшим из материалов для любого автомобиля.

Также, стоит отметить, что нет причин, по которым нельзя закрашивать карбон. Но многие производители предпочитают не делать этого, потому что в плетеном углеродном волокне есть что-то красивое. Независимо от того, используется ли он в качестве небольших элементов дизайна, чтобы подчеркнуть автомобиль, или весь автомобиль демонстрирует открытое переплетение, он может стать потрясающим дополнением к любому автомобилю. Это делает его не только практичным, но и красивым.

Как карбон улучшает автомобиль?

С помощью карбона можно легко повторить индивидуальные формы любой детали. Для работы с этим материалом не требуются большие усилия и особые навыки. Карбон можно использовать для создания бесконечного количества форм без потери их структурной жесткости.Его можно сформовать, согнуть и придать любой формы, возможности практически безграничны. Он способен создать новый дизайна автомобиля без огромных вложений.

Ламинация автомобиля карбоном также обладает такими достоинствами:

повышает износостойкость поверхностей;
обеспечивает защиту от атмосферных явлений;
предупреждает образование царапин, сколов и вмятин;
облегчает уход.

Также, стоит отметить, что этот материал благодаря своим свойствам часто используется на старых автомобилях. Кузов которых с годами начинает трескаться или гнить. При правильном ламинировании этот материал, не только сможет скрыть видимую коррозию, но и продлит срок службы детали.

Кроме этого, карбон можно использоваться вместо покраски автомобиля. Зачем тратиться весь или частичный перекрас, если карбоновый пленка способна все скрыть.

С ростом использования карбона в автомобильной промышленности, он стали дешевле и популярнее, чем когда-либо прежде. В то время как в прошлом некоторые из них использовались исключительно для рынков спортивных автомобилей и суперкаров. Сейчас же он быстро становиться частью жизни многих потребительских автомобилей.

Детали автомобиля в карбоне от компании Renegade desing

Производство Renegade design предлагает огромный выбор различных аксессуаров для автомобилей. Стоит отметить, что мы заботимся о том, чтобы вы получили не только качественную деталь, но и красивую. А что может быть лучше бампера, капота, спойлера в родном цвете? Правильно, только эта деталь заламинирована под карбон.

Этот материал является универсальным и отлично сочетается с любой маркой и любым цветом автомобиля.

Профессиональные сотрудники нашей компании имеют многолетний опыт работы с различными материалами. Поэтому, они точно знают что нужно для качественной поклейки карбона на деталь. Нам под силу даже самые безумные идеи. Команда «Renegade design» специализируется на аэродинамических тюнинг-комплектов высочайшего качества. И обратившись к нам вы точно сможете выделиться на общем фоне. Огромный выбор деталей и индивидуальный подход к каждому клиенту точно оценят все посетители нашей компании.

Что такое карбон?

ООО «Карбон Инжиниринг» приветствует Вас и предлагает Вашему вниманию краткую информацию, покрывающую основную часть наиболее часто задаваемых вопросов по теме «карбон», т.е. углерод-углеродных, армирующих и гибридных материалов, а также композитных изделий.

Слово «карбон» — своего рода профессиональный жаргонизм, точнее сокращение от английского Carbon Fiber (углеродное волокно), под эгидой которого, в общем понимании, объединилось огромное количество самых разных материалов. Примерно, как тысячи различных веществ с отличающимися физическими, химическими и техническими свойствами носят название «пластмасса». В случае с карбоном, общим для материалов стал углеволоконный наполнитель, но не связующее вещество, которое может быть разным. Даже полиэтиленовая пленка с впаянными в нее угольными нитями с полным правом может носить это гордое имя. Просто сложившейся классификации углепластиков еще нет.

Большинство современных материалов, применяемых в технике и, особенно, в автомобильной области, доходят до рядового потребителя по схожему сценарию. Новшества появляются в научных лабораториях обычно для нужд «оборонки». Затем, исполнив почетную обязанность по защите Отечества, они прокладывают себе дорогу через спорт и, как следствие, тюнинг к конвейеру. Так произошло и в случае с углеродными материалами.

Какое применение для карбона?

В последние годы проникновение карбона в конструкцию затюнингованных энтузиастами «аппаратов» приняло лавинообразный характер. Кроме того, углепластик все чаще и чаще упоминается в описаниях серийных машин. Этот материал, имеющий военно-космическую и спортивную предысторию, становится все популярнее. Прочность и легкость материалов ценятся конструкторами автомобилей уже давно, примерно с 50-х годов прошлого века. Сегодняшний прогресс технологий производства увеличивает соблазн применять больше композитов в новых разработках. Для владельца машины подобные детали ценны не только декоративностью рисунка углеродной ткани и завораживающей «переливчатостью» отраженного волокнами света, но и сохраняющейся аурой эксклюзивности. Со стороны производителя предложение карбоновых элементов в отделке — показатель технологической «продвинутости» фирмы.

Краткий курс истории.

Не нарушая сложившихся традиций, после «службы в армии» углепластик «занялся» спортом. Лыжники, велосипедисты, гребцы, хоккеисты и многие другие спортсмены по достоинству оценили легкий и прочный инвентарь. В автоспорте карбоновая эра началась в 1976 году. Сначала на машинах McLaren появились отдельные детали из диковинного черно-переливчатого материала, а в 1981 на трассу вышел McLaren MP4 с монококом, полностью изготовленным из углеволоконного композита. Так идея главного конструктора команды Lotus Колина Чепмена, создавшего в 1960-х несущую основу гоночного кузова, получила качественное развитие. Однако в то время новый материал был еще неведом технологам от автоспорта, потому неразрушаемую капсулу для McLaren изготовила американская компания Hercules Aerospace, обладающая опытом военно-космических разработок. Сейчас же в активе практически всех ведущих команд Формулы-1 есть собственное оборудование для выпуска карбоновых монококов, рычагов подвески, антикрыльев, спойлеров, сидений пилотов, рулей и даже тормозных дисков.

Что же такое КАРБОН или углеродное волокно?

Углеродное волокно состоит из множества тончайших нитей углерода. Прочность нитей на разрыв, сравнимая с прочностью легированной стали, при массе, меньшей, чем у алюминия, обуславливает высокие механические характеристики карбонов. Интересно, что наиболее распространенная технология получения столь прочного материала основана на методе «обугливания» волокон, по изначальным свойствам близким к шерсти. Исходный полимер белого цвета с мудреным названием полиакрилонитрил подвергается нескольким циклам нагрева в среде инертных газов. Сначала под воздействием высокой температуры (около 260 C) на молекулярном уровне изменяется внутренняя структура вещества. Затем при температурах повыше (около 700 C) атомы углерода «сбрасывают» водород. После нескольких «поджариваний» водород удаляется полностью. Теперь удерживавшие его силы направлены на упрочнение связей между оставшимися элементами. На шерсть материал уже не похож, однако его прочность еще далека от идеала. И процесс под названием графитизация продолжается. Повторяющиеся операции нагрева до 1300 C «очищают» почерневшее волокно уже от азота. Полностью избавиться от последнего не удается, однако его количество уменьшается. Каждый «шаг» делает содержание в веществе атомов углерода все больше, а их связь все крепче. Механизм упрочнения такой же, как и при «изгнании» водорода. Самая прочная продукция проходит несколько ступеней графитизации при температуре до 3000 C и обозначается аббревиатурой UHM.

Почему так дорого?

Большие затраты энергии — основная причина высокой себестоимости углеродного волокна. Впрочем, это с лихвой компенсируется впечатляющим результатом. Даже не верится, что все начиналось с «мягкого и пушистого» материала, содержащегося в довольно прозаических вещах и известных не только сотрудникам химических лабораторий. Белые волокна — так называемые сополимеры полиакрилонитрила — широко используются в текстильной промышленности. Они входят в состав плательных, костюмных и трикотажных тканей, ковров, брезента, обивочных и фильтрующих материалов. Иными словами, сополимеры полиакрилонитрила присутствуют везде, где на прилагающейся этикетке упомянуто акриловое волокно. Некоторые из них «несут службу» в качестве пластмасс. Наиболее распространенный среди таковых — АБС-пластик. Вот и получается, что «двоюродных родственников» у карбона полным-полно.
Угольная нить имеет впечатляющие показатели по усилию на разрыв, но ее способность «держать удар» на изгиб «подкачала». Поэтому, для равной прочности изделий, предпочтительнее использовать ткань. Организованные в определенном порядке волокна «помогают» друг другу справиться с нагрузкой. Однонаправленные ленты лишены такого преимущества. Однако, задавая различную ориентацию слоев, можно добиться искомой прочности в нужном направлении, значительно сэкономить на массе детали и излишне не усиливать непринципиальные места.

Что такое карбоновая ткань?

Для изготовления карбоновых деталей применяется как просто углеродное волокно с хаотично расположенными и заполняющими весь объем материала нитями, так и ткань (Carbon Fabric). Существуют десятки видов плетений. Наиболее распространены Plain, Twill, Satin. Иногда плетение условно — лента из продольно расположенных волокон «прихвачена» редкими поперечными стежками только для того, чтобы не рассыпаться.
Плотность ткани, или удельная масса, выраженная в г/м2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством угленитей. Данная характеристика кратна тысячи. Так, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне. Чаще всего в автоспорте и тюнинге применяются ткани плетения Plain и Twill плотностью 150–600 г/м2, с толщиной волокон 1K, 2.5K, 3К, 6K, 12K и 24К. Ткань 12К широко используется и в изделиях военного назначения (корпуса и головки баллистических ракет, лопасти винтов вертолетов и подводных лодок, и пр.), то есть там, где детали испытывают колоссальные нагрузки.

Бывает ли цветной карбон? Желтый карбон бывает?

Часто от производителей тюнинговых деталей и, как следствие, от заказчиков можно услышать про «серебристый» или «цветной» карбон. «Серебряный» или «алюминиевый» цвет — всего лишь краска или металлизированное покрытие на стеклоткани. И называть карбоном такой материал неуместно — это стеклопластик. Отрадно, что и в данной области продолжают появляться новые идеи, но по характеристикам стеклу с углем углеродным никак не сравниться. Цветные же ткани чаще всего выполнены из кевлара. Хотя некоторые производители и здесь применяют стекловолокно; встречается даже окрашенные вискоза и полиэтилен. При попытке сэкономить, заменив кевлар на упомянутые полимерные нити, ухудшается адгезия такого продукта со смолами. Ни о какой прочности изделий с такими тканями не может быть и речи.
Отметим, что «Кевлар», «Номекс» и «Тварон» — патентованные американские марки полимеров. Их научное название «арамиды». Это родственники нейлонов и капронов. В России есть собственные аналоги — СВМ, «Русар», «Терлон» СБ и «Армос». Но, как часто бывает, наиболее «раскрученное» название — «Кевлар» — стало именем нарицательным для всех материалов.

Что такое кевлар и какие у него свойства?

По весовым, прочностным и температурным свойствам кевлар уступает углеволокну. Способность же кевлара воспринимать изгибающие нагрузки существенно выше. Именно с этим связано появление гибридных тканей, в которых карбон и кевлар содержатся примерно поровну. Детали с угольно-арамидными волокнами воспринимают упругую деформацию лучше, чем карбоновые изделия. Однако есть у них и минусы. Карбон-кевларовый композит менее прочен. Кроме того, он тяжелее и «боится» воды. Арамидные волокна склонны впитывать влагу, от которой страдают и они сами, и большинство смол. Дело не только в том, что «эпоксидка» постепенно разрушается водно-солевым раствором на химическом уровне. Нагреваясь и охлаждаясь, а зимой вообще замерзая, вода механически расшатывает материал детали изнутри. И еще два замечания. Кевлар разлагается под воздействием ультрафиолета, а формованный материал в смоле утрачивает часть своих замечательных качеств. Высокое сопротивление разрыву и порезам отличают кевларовую ткань только в «сухом» виде. Потому свои лучшие свойства арамиды проявляют в других областях. Маты, сшитые из нескольких слоев таких материалов, — основной компонент для производства легких бронежилетов и прочих средств безопасности. Из нитей кевлара плетут тонкие и прочные корабельные канаты, делают корд в шинах, используют в приводных ремнях механизмов и ремнях безопасности на автомобилях.

А можно обклеить деталь карбоном?

Непреодолимое желание иметь в своей машине детали в черно-черную или черно-цветную клетку привели к появлению диковинных суррогатов карбона. Тюнинговые салоны обклеивают деревянные и пластмассовые панели салонов углеродной тканью и заливают бесчисленными слоями лака, с промежуточной ошкуриванием. На каждую деталь уходят килограммы материалов и масса рабочего времени. Перед трудолюбием мастеров можно преклоняться, но такой путь никуда не ведет. Выполненные в подобной технике «украшения» порой не выдерживают температурных перепадов. Со временем появляется паутина трещин, детали расслаиваются. Новые же детали неохотно встают на штатные места из-за большой толщины лакового слоя.

Композитные или композиционные изделия?

Композитные изделия — изделия состоящие из разных материалов, помимо связующего (компаунда, смолы). От английского to compose (составлять).

Композиционные изделия — предположительно, изделия, составляющие какую-то композицию, являющиеся частью чего-то составленного. От английского to compose (составлять).

Как производятся карбоновые и/или композитные изделия?

Технология производства настоящих карбоновых изделий основывается на особенностях применяемых смол. Компаундов или видов связующего, так называют смолы, великое множество. Наиболее распространены среди изготовителей стеклопластиковых обвесов полиэфирная и эпоксидная смолы холодного отверждения, однако они не способны полностью выявить все преимущества углеволокна. Прежде всего, по причине слабой прочности этих связующих компаундов. Если же добавить к этому плохую стойкость к воздействию повышенных температур и ультрафиолетовых лучей, то перспектива применения большинства распространенных марок весьма сомнительна. Сделанный из таких материалов карбоновый капот в течение одного жаркого летнего месяца успеет пожелтеть и потерять форму. Кстати, ультрафиолет не любят и «горячие» смолы, поэтому, для сохранности, детали стоит покрывать хотя бы прозрачным автомобильным лаком.

Компаунды холодного твердения.

«Холодные» технологии мелкосерийного выпуска малоответственных деталей не позволяют развернуться, поскольку имеют и другие серьезные недостатки. Вакуумные способы изготовления композитов (смола подается в закрытую матрицу, из которой откачан воздух) требуют продолжительной подготовки оснастки. Добавим к этому и перемешивание компонентов смолы, «убивающее» массу времени, что тоже не способствует производительности. Говорить о ручной выклейке вообще не стоит. Метод же напыления рубленого волокна в матрицу не позволяет использовать ткани. Собственно, все идентично стеклопластиковому производству. Просто вместо стекла применяется уголь. Даже самый автоматизированный из процессов, который к тому же позволяет работать с высокотемпературными смолами (метод намотки), годится для узкого перечня деталей замкнутого сечения и требует очень дорогого оборудования.
Эпоксидные смолы горячего отверждения прочнее, что позволяет выявить качества карбонов в полной мере. У некоторых «горячих» смол механизм полимеризации при «комнатной» температуре запускается очень медленно. На чем, собственно, и основана так называемая технология препрегов, предполагающая нанесение готовой смолы на углеткань или углеволокно задолго до процесса формования. Приготовленные материалы просто ждут своего часа на складах.
В зависимости от марки смолы время жидкого состояния обычно длится от нескольких часов до нескольких недель. Для продления сроков жизнеспособности, приготовленные препреги, иногда хранят в холодильных камерах. Некоторые марки смол «живут» годами в готовом виде. Прежде чем добавить отвердитель, смолы разогревают до 50–60 C, после чего, перемешав, наносят посредством специального оборудования на ткань. Затем ткань прокладывают полиэтиленовой пленкой, сворачивают в рулоны и охлаждают до 20–25 C. В таком виде материал будет храниться очень долго. Причем остывшая смола высыхает и становится практически не заметной на поверхности ткани. Непосредственно при изготовлении детали нагретое связующее вещество становится жидким как вода, благодаря чему растекается, заполняя весь объем рабочей формы и процесс полимеризации ускоряется.

Компаунды горячего твердения.

«Горячих» компаундов великое множество, при этом у каждой собственные температурные и временные режимы отверждения. Обычно, чем выше требуемые показания термометра в процессе формовки, тем прочнее и устойчивее к нагреву готовое изделие. Исходя из возможностей имеющегося оборудования и требуемых характеристик конечного продукта, можно не только выбирать подходящие смолы, но делать их на заказ. Некоторые отечественные заводы-изготовители предлагают такую услугу. Естественно, не бесплатно.
Препреги как нельзя лучше подходят для производства карбона в автоклавах. Перед загрузкой в рабочую камеру нужное количество материала тщательно укладывается в матрице и накрывается вакуумным мешком на специальных распорках. Правильное расположение всех компонентов очень важно, иначе не избежать нежелательных складок, образующихся под давлением. Исправить ошибку впоследствии будет невозможно. Если бы подготовка велась с жидким связующим, то стала бы настоящим испытанием для нервной системы рабочих с неясными перспективами успеха операции.
Процессы, происходящие внутри установки, незатейливы. Высокая температура расплавляет связующее и «включает» полимеризацию, вакуумный мешок удаляет воздух и излишки смолы, а повышенное давление в камере прижимает все слои ткани к матрице. Причем происходит все одновременно.
С одной стороны, одни преимущества. Прочность такого углепластика практически максимальна, объекты самой затейливой формы делаются за один «присест». Сами матрицы не монументальны, поскольку давление распределено равномерно во всех направлениях и не нарушает геометрию оснастки. Что означает быструю подготовку новых проектов. С другой стороны, нагрев до нескольких сотен градусов и давление, порой доходящее до 20 атм., делают автоклав очень дорогостоящим сооружением. В зависимости от его габаритов цены на оборудование колеблются от нескольких сотен тысяч до нескольких миллионов долларов. Прибавим к этому нещадное потребление электроэнергии и трудоемкость производственного цикла. Результат — высокая себестоимость продукции. Есть, впрочем, технологии подороже и посложнее, чьи результаты впечатляют еще больше. Углерод-углеродные композиционные материалы (УУКМ) в тормозных дисках на болидах Формулы-1 и в соплах ракетных двигателей выдерживают чудовищные нагрузки при температурах эксплуатации, достигающих 3000 C. Эту разновидность карбона получают путем графитизации термореактивной смолы, которой пропитывают спрессованное углеродное волокно заготовки. Операция чем-то похожа на производство самого углеволокна, только происходит она при давлении 100 атмосфер. Да, большой спорт и военно-космическая сфера деятельности способны потреблять штучные вещи по «заоблачным» ценам. Для тюнинга и, тем более, для серийной продукции такое соотношение «цены-качества» неприемлемо.

Если решение найдено, оно выглядит настолько простым, что удивляешься: «что же мешало додуматься раньше?». Тем не менее, идея разделить процессы, происходящие в автоклаве, возникла спустя годы поиска. Так появилась и стала набирать обороты технология, сделавшая горячее формование карбона похожим на штамповку. Препрег готовится в виде сэндвича. После нанесения смолы ткань с обеих сторон покрывается либо полиэтиленовой, либо более термостойкой пленкой. «Бутерброд» пропускается между двух валов, прижатых друг к другу. При этом лишняя смола и нежелательный воздух удаляются, примерно так же, как и при отжиме белья в стиральных машинах образца 1960-х годов. В матрицу препрег вдавливается пуансоном, который фиксируется резьбовыми соединениями. Далее вся конструкция помещается в термошкаф.
Тюнинговые фирмы изготавливают матрицы из того же карбона и даже прочных марок алебастра. Гипсовые рабочие формы, правда, недолговечны, но пара-тройка изделий им вполне по силам. Более «продвинутые» матрицы делаются из металла и иногда оснащаются встроенными нагревательными элементами. В серийном производстве они оптимальны. Кстати, метод подходит и для некоторых деталей замкнутого сечения. В этом случае легкий пуансон из вспененного материала остается внутри готового изделия. Антикрыло Mitsubishi Evo — пример такого рода.
Механические усилия заставляют думать о прочности оснастки, да и система матрица — пуансон требует либо 3D-моделирования, либо модельщика экстра-класса. Но это, все же, в сотни раз дешевле технологии с автоклавом.

Карбон. Свойства и применение. Плюсы и минусы. Особенности

Карбон – это полимерный очень прочный композитный материал, состоящий из эпоксидной или другой смолы, и армированный углеродными волокнами. Также его называют углепластиком или карбонопластиком. Главная особенность композита в высокой прочности при небольшой толщине и легкости.

Углепластик является сложным композитным материалом, при изготовлении которого требуется прикладывание ручного труда. В связи с этим цена на него примерно в 20 раз выше, чем на качественную сталь европейского производства.

Вся сложность процесса его изготовления заключается в применяемом армирующем компоненте – углеволокне. Оно представляет собой тончайшие нити, практически на 99% состоящие из атомов углерода. Их получают путем сложного сжигания органических волокон с поэтапным поднятием температуры. В результате от них остается только углерод, который меняет свою структуру, приближаясь к графиту.

Нити углеволокна имеют толщину всего 0,005-0,10 мм. Они тоньше, чем человеческий волос. Каждую из них по отдельности очень легко сломать, но трудно разорвать. Из волокон сплетают полотна, которые и применяются для изготовления карбона.

Углеволокно работает как армирующий компонент карбона. Из него изготавливаются различные тканые и нетканые материалы. Такие холсты пропитываются полимерными смолами, чаще всего эпоксидными. Слои углеволокна наклеиваются друг на друга. В итоге по застыванию смолы, композитный материал приобретает повышенную прочность, гибкость и стойкость к излому. Практически нет аналогичных композитов, которые можно сопоставить по этим качествам с карбоном. Ему уступает стеклопластик и прочие аналоги.

Сфера использования

Изначально карбон был предназначен исключительно для изготовления облегченных деталей спортивных гоночных автомобилей, а также космических аппаратов. Позже себестоимость его производства снизилась достаточно, чтобы применять его и для других целей.

Сейчас из него делают:

Детали авиационной техники.
Удилища для рыбалки.
Спортивный инвентарь, такой как хоккейные клюшки, шлемы и т.д.

Ежегодно производится практически 40-45 тыс. тонн карбона. Из них львиная доля в 41% потребляется авиацией, а также космической и военной промышленностью. Из него делают легкую прочную экипировку, детали для оружия, типа прикладов, рукояток и т.д. Как не удивительно, но 17% композита расходуется на получение спортивного инвентаря, а для строительной сферы только 12%. Примерно 5% уходит на автомобилестроение, и 2-3% на изготовление бланков удилищ.

Технологии изготовления карбоновых изделий

Чтобы получить карбон, необходимо пропитывать слои ткани из углеволокна смолой, и склеивать их между собой. Это можно делать тремя основными способами:

Приклеивая.
Спрессовывая.
Наматывая.

Чаще всего пользуются самым простым способом, заключающимся в наклейке холста на поверхность. Затем он пропитывается сверху смолой, и на него вклеивается следующий слой. Таким образом, набирается нужное количество слоев, чтобы достигнуть требуемого уровня прочности материала и его толщины. Этим методом пользуются в домашних условиях особенно часто, так как для него не требуется особый инструмент и различные приспособления. Смола наносится на углеволокно кистью, тщательно пропитывая ее. Стоит отметить сложность и кропотливость процесса. Зачастую чтобы получить слой карбона толщиной всего в 1 мм, нужно клеить холст в 4 слоя.

Изделия из углекарбона на производствах зачастую получают методом прессования. Это позволяет добиться лучшего удаления воздуха между слоями. В итоге готовое изделие получается более прочным и надежным. Преимущество метода еще и в том, что спрессованная заготовка может разогреваться, для ускоренной полимеризации смолы. При этом благодаря прессу композит будет все время держать правильную форму, пока не затвердеет. Эта технология дает более высокую производительность.

Также изделия их карбона цилиндрической формы можно получать методом намотки. Эта технология подходит как для заводского, так и домашнего производства. Именно этим методом делаются удилища для рыбалки, спиннинги, рамы велосипедов и т.д. Холст углеволокна наматывается на трубку, и пропитывается смолой. В итоге достаточно быстро набирается большое количество слоев, которые в итоге дают высокую прочность изделию. Трубка же, на которую все изначально наматывалось, вынимается. Чтобы она не приклеилась, ее предварительно смазывают специальным разделительным составом. Тогда адгезии смолы к ней не происходит.

Преимущества карбона

Карбон это очень востребованный материал, что обусловлено его положительными качествами:

Легкость.
Термическая устойчивость.
Стойкость к коррозии.
Упругость.

Изделия из карбона нельзя назвать легкими, но если сравнивать его с металлами такого же объема, то он неоспоримо легче. К примеру, сталь тяжелее на 40%, а алюминий на 20%. Но нужно сразу же отметить прочность карбона. Из него можно делать тонкие изделия и использовать в таких условиях, в которых бы не справились аналоги из стали такой же толщины.

Материал обладает очень высокой термической стойкостью. Отдельные образцы карбона нормально переносят нагрев до температур до +2000С. Само углеволокно легко переносит такие условия, но только в бескислородной среде. Но так как оно находится в толще застывшей смолы, то не контактирует с воздухом. В конечном итоге температурная стойкость карбона продиктована больше свойствами смолы, из которой он изготавливается.

Материал не ржавеет и не подвергается другим видам коррозии. Это делает его альтернативным решением для применения вместо стальных изделий в сложных условиях. Он нормально переносит воздействие ультрафиолета, так что может эксплуатироваться практически где угодно.

Карбон является очень упругим материалом, который сложно сломать. За счет этого он так ценится при изготовлении различного спортивного инвентаря. Не последнюю роль в этом играет и его сравнительная легкость, и то что изделия из него за счет прочности можно делать меньшего сечения, чем из дерева, металла или другого пластика. Высокий предел упругости подтверждают хоккейные клюшки, теннисные ракетки и луки, которые делают из карбона.

Качество карбона во многом зависит от того, каким образом был сделан холст из углеволокна, и во сколько слоев уложен. Дело в том, что ориентируя направление волокон в слоях можно добиваться большей стойкости готового изделия на воздействие под определенным углом. Так можно корректировать упругость и стойкость на излом.

Недостатки карбона

Карбон является весьма ценным материалом, поэтому изделия из него очень качественные. Они более удобные в эксплуатации, однако, все же не идеальные. Проблема в том, что материал боится ударной нагрузки. От этого на нем появляются трещины и сколы. Зачастую они незаметны, но их появление существенно уменьшает прочностные характеристики композита. Зачастую достаточно деформации карбона даже на 0,5%, чтобы вызвать его структурные нарушения. Однако это не означает, что в итоге изделие из него покроется видимыми трещинами и сколами, а потом сразу же сломается. В композите просто появляются микротрещины, но он все равно остается достаточно прочным, чтобы справлялся с теми задачами, которые перед ним стоят.

Качество композита может сильно отличаться, так как напрямую зависит в первую очередь именно от применяемого углеволокна. В процессе его получения нарушить технологию нельзя, в частности не допускается делать даже небольшое отклонение в температурном режиме или продолжительности воздействия на него, так как прочность готового армирующего компонента снижается. В итоге карбон из него также будет менее стойким на излом. Таким образом, стоимость на композитные изделия из карбона разных производителей существенно отличается.

Материал все же не разлетается на осколки при ударах, так как его части удерживаются между собой слоями из углеволокна. Проблема композита в том, что в нем сложно найти баланс между эластичностью и упругостью. Если он отлично переносит воздействие на разрыв, то зачастую достаточно легко ломается при прикладывании усилия на излом. В связи с этим существует большой процент изделий из карбона, которые в результате нарушения расчетов при изготовлении служат не так долго как заявлено для этого композита. Это яркое подтверждение того, почему одни предметы из карбона стоят в разы дороже, чем на первый взгляд такие же других производителей.

Карбоновые пленки

Высокая стоимость карбона, не позволяет его использовать в направлениях, где это экономически нецелесообразно. Композит имеет очень привлекательный внешний вид, поэтому не нуждается в декорировании. По причине его внешних качеств, производятся различные полимерные пленки, имитирующие карбон. При этом они сами по себе им не являются. Это просто декоративные изделия, похожие на него внешне за счет характерного рисунка.

Никакого увеличения прочности поклейка такой пленки не дает, так как она далека от карбона. Она просто обеспечивает декоративный эффект, а также дает некоторую защиту от влаги. По сути это просто слой декорации, ничего более. Так что не стоит путать композит и карбоновую пленку.

углерод | Факты, использование и свойства

углерод

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Август Кекуле фон Страдониц Сэр Гарольд В. Крото Роберт Керл Джон Ульрик Неф Чарльз Гловер Баркла

Похожие темы:: фуллерен графен алмаз графит аморфный углерод

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

углерод (C) , неметаллический химический элемент в группе 14 (IVa) периодической таблицы. Хотя углерод широко распространен в природе, его не так много — он составляет всего около 0,025 процента земной коры, — однако он образует больше соединений, чем все остальные элементы вместе взятые. В 1961 году изотоп углерода-12 был выбран вместо кислорода в качестве эталона, относительно которого измеряются атомные массы всех других элементов. Углерод-14, который является радиоактивным, является изотопом, используемым для радиоуглеродного датирования и радиоактивной маркировки.

Element Properties
atomic number	6
atomic weight	12. 0096 to 12.0116
melting point	3,550 °C (6,420 °F)
boiling point	4,827 °C (8,721 °F)
density
diamond	3.52 g/cm ³
graphite	2.25 g/cm ³
amorphous	1.9 g/cm ³
oxidation states	+2, +3, +4
electron configuration	1 s ² 2 s ² 2 p ²

Свойства и применение

Углерод — это космический продукт «сгорания» гелия, при котором три ядра гелия с атомным весом 4 сливаются, образуя ядро углерода с атомным весом 12,9.0003

Знать об углероде и почему его называют элементом жизни

Посмотреть все видео к этой статье

В земной коре элементарный углерод является второстепенным компонентом. Однако соединения углерода (то есть карбонаты магния и кальция) образуют обычные минералы (например, магнезит, доломит, мрамор или известняк). Кораллы и раковины устриц и моллюсков в основном состоят из карбоната кальция. Углерод широко распространен в виде угля и органических соединений, составляющих нефть, природный газ и все ткани растений и животных. Естественная последовательность химических реакций, называемая углеродным циклом, включающая превращение атмосферного углекислого газа в углеводы путем фотосинтеза в растениях, потребление этих углеводов животными и их окисление посредством метаболизма с образованием углекислого газа и других продуктов, а также возврат углерода.

двуокиси в атмосферу — один из важнейших биологических процессов.

Углерод как элемент был открыт первым человеком, который достал древесный уголь из огня. Таким образом, наряду с серой, железом, оловом, свинцом, медью, ртутью, серебром и золотом углерод был одним из небольшой группы элементов, хорошо известных в древнем мире. Современная углеродная химия восходит к разработке углей, нефти и природного газа в качестве топлива и к выяснению синтетической органической химии, которые существенно развились с 1800-х годов.

Britannica Викторина

118 Названия и символы периодической таблицы Викторина

Периодическая таблица состоит из 118 элементов. Насколько хорошо вы знаете их символы? В этом тесте вам будут показаны все 118 химических символов, и вам нужно будет выбрать название химического элемента, который представляет каждый из них.

Элементарный углерод существует в нескольких формах, каждая из которых имеет свои физические характеристики. Две его четко определенные формы, алмаз и графит, имеют кристаллическую структуру, но различаются по физическим свойствам, поскольку расположение атомов в их структурах неодинаково. Третья форма, называемая фуллереном, состоит из множества молекул, полностью состоящих из углерода. Сфероидальные фуллерены с закрытой клеткой называются бакерминстерфуллеренами, или «бакиболами», а цилиндрические фуллерены называются нанотрубками. Четвертая форма, называемая Q-углеродом, является кристаллической и магнитной. Еще одна форма, называемая аморфным углеродом, не имеет кристаллической структуры. Другие формы — сажа, древесный уголь, ламповая сажа, уголь, кокс — иногда называют аморфными, но рентгенологическое исследование показало, что эти вещества действительно обладают низкой степенью кристалличности. Алмаз и графит встречаются на Земле в природе, но их также можно производить синтетическим путем; они химически инертны, но соединяются с кислородом при высоких температурах, как это делает аморфный углерод. Фуллерен был случайно открыт в 1985 в качестве синтетического продукта в ходе лабораторных экспериментов по моделированию химии атмосферы звезд-гигантов. Позже было обнаружено, что он встречается в природе в крошечных количествах на Земле и в метеоритах. Q-углерод также является синтетическим, но ученые предполагают, что он может образовываться в горячих средах некоторых планетарных ядер.

Слово углерод , вероятно, происходит от латинского карбо , означающего по-разному «уголь», «древесный уголь», «угли». Срок бриллиант , искаженное греческое слово adamas , «непобедимый», точно описывает постоянство этой кристаллизованной формы углерода, точно так же, как графит , название другой кристаллической формы углерода, происходящее от греческого глагола . Графеин , «писать», отражает его свойство оставлять темный след при трении о поверхность. До открытия в 1779 году, что графит при сгорании на воздухе образует углекислый газ, графит путали как с металлическим свинцом, так и с внешне похожим веществом, минералом молибденитом.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Чистый алмаз — самое твердое известное природное вещество, которое плохо проводит электричество. Графит, с другой стороны, представляет собой мягкое скользкое твердое вещество, которое является хорошим проводником как тепла, так и электричества. Углерод, как и алмаз, является самым дорогим и блестящим из всех природных драгоценных камней и самым твердым из встречающихся в природе абразивов. Графит используется в качестве смазки. В микрокристаллическом и почти аморфном виде используется как черный пигмент, как адсорбент, как горючее, как наполнитель для каучука, а в смеси с глиной — как «грифель» карандашей. Поскольку он проводит электричество, но не плавится, графит также используется для электродов в электрических печах и сухих камерах, а также для изготовления тиглей, в которых плавятся металлы. Молекулы фуллерена перспективны в ряде приложений, включая материалы с высокой прочностью на растяжение, уникальные электронные устройства и устройства хранения энергии, а также безопасную герметизацию горючих газов, таких как водород. Q-углерод, который создается путем быстрого охлаждения образца элементарного углерода, температура которого была повышена до 4000 К (3727 °C [6740 °F]), тверже алмаза, и его можно использовать для изготовления алмазных структур (таких как в виде алмазных пленок и микроигл) внутри его матрицы. Элементарный углерод нетоксичен.

Каждая из «аморфных» форм углерода имеет свою специфику и, следовательно, каждая из них имеет свое особое применение. Все они являются продуктами окисления и других форм разложения органических соединений. Уголь и кокс, например, широко используются в качестве топлива. Древесный уголь используется в качестве абсорбирующего и фильтрующего агента, а также в качестве топлива, а когда-то широко использовался в качестве ингредиента пороха. (Угли представляют собой элементарный углерод, смешанный с различным количеством углеродных соединений. Кокс и древесный уголь представляют собой почти чистый углерод.) Помимо использования в производстве чернил и красок, технический углерод добавляется в резину, используемую в шинах, для улучшения ее износостойкости. Костяная сажа или древесный уголь животных может поглощать газы и красящие вещества из многих других материалов.

Углерод, элементарный или связанный, обычно определяют количественно путем преобразования в газообразный диоксид углерода, который затем может поглощаться другими химическими веществами с получением взвешиваемого продукта или раствора с кислотными свойствами, который можно титровать.

Производство элементарного углерода

До 1955 года все алмазы добывались из природных месторождений, наиболее значительных на юге Африки, но встречающихся также в Бразилии, Венесуэле, Гайане и Сибири. Единственный известный источник в США, в Арканзасе, не имеет коммерческого значения; и Индия, которая когда-то была источником чистых алмазов, в настоящее время не является важным поставщиком. Основным источником алмазов является мягкая голубоватая перидотическая порода, называемая кимберлитом (в честь знаменитого месторождения Кимберли, Южная Африка), обнаруженная в вулканических структурах, называемых трубками, но многие алмазы встречаются в аллювиальных отложениях, предположительно образовавшихся в результате выветривания первичных источников. Единичные находки по всему миру в регионах, где не указаны источники, не были редкостью.

Природные месторождения разрабатывают дроблением, гравитационной и флотационной сепарацией и удалением алмазов путем их прилипания к слою смазки на подходящем столе. В результате получаются следующие продукты: (1) собственно алмаз — деформированные кубические кристаллические камни ювелирного качества, варьирующиеся от бесцветных до красных, розовых, голубых, зеленых или желтых; (2) борт — мельчайшие темные кристаллы абразивного, но не ювелирного качества; 3) баллас – беспорядочно ориентированные кристаллы абразивного качества; 4) маклеры — треугольные подушкообразные кристаллы, используемые в промышленности; 5) карбонадо – смешанные алмазно-графитовые кристаллиты, содержащие другие примеси.

Успешное преобразование графита в алмаз в лаборатории было осуществлено в 1955 году. Процедура включала одновременное использование чрезвычайно высокого давления и температуры с железом в качестве растворителя или катализатора. Впоследствии железо заменили хромом, марганцем, кобальтом, никелем и танталом. Синтетические алмазы в настоящее время производятся в нескольких странах и все чаще используются вместо природных материалов в качестве промышленных абразивов.

Графит встречается в природе во многих областях, наиболее важные месторождения находятся в Китае, Индии, Бразилии, Турции, Мексике, Канаде, России и на Мадагаскаре. Применяются методы как поверхностной, так и глубокой добычи с последующей флотацией, но основная часть товарного графита производится путем нагревания нефтяного кокса в электропечах. Лучше кристаллизованная форма, известная как пиролитический графит, получается при разложении низкомолекулярных углеводородов при нагревании. Графитовые волокна значительной прочности на разрыв получают карбонизацией натуральных и синтетических органических волокон.

Углеродные продукты получают нагреванием угля (для получения кокса), природного газа (для получения сажи) или углеродсодержащего материала растительного или животного происхождения, такого как древесина или кость (для получения древесного угля), при повышенных температурах в присутствии недостаточно кислорода для горения. Летучие побочные продукты выделяют и используют отдельно.

углерод | Факты, использование и свойства

углерод

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Август Кекуле фон Страдониц Сэр Гарольд В. Крото Роберт Керл Джон Ульрик Неф Чарльз Гловер Баркла

Похожие темы:: фуллерен графен алмаз графит аморфный углерод

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

углерод (С) , неметаллический химический элемент в группе 14 (IVa) периодической таблицы. Хотя углерод широко распространен в природе, его не так много — он составляет всего около 0,025 процента земной коры, — однако он образует больше соединений, чем все остальные элементы вместе взятые. В 1961 году изотоп углерода-12 был выбран вместо кислорода в качестве эталона, относительно которого измеряются атомные массы всех других элементов. Углерод-14, который является радиоактивным, является изотопом, используемым для радиоуглеродного датирования и радиоактивной маркировки.

Element Properties
atomic number	6
atomic weight	12.0096 to 12.0116
melting point	3,550 °C (6,420 °F)
boiling point	4,827 °C (8,721 °F)
density
diamond	3.52 g/cm ³
graphite	2.25 g/cm ³
amorphous	1.9 g/cm ³
oxidation states	+2, +3, +4
electron configuration	1 s ² 2 s ² 2 p ²

Свойства и применение

По весу углерод занимает 19-е место в порядке содержания элементов в земной коре, и, по оценкам, число атомов углерода в 5 раз превышает 3. как атомы кремния во Вселенной. Только водорода, гелия, кислорода, неона и азота атомарно больше в космосе, чем углерода. Углерод — это космический продукт «сгорания» гелия, при котором три ядра гелия с атомным весом 4 сливаются, образуя ядро углерода с атомным весом 12,9.0003

Знать об углероде и почему его называют элементом жизни

Посмотреть все видео к этой статье

Викторина «Британника»

Наука: правда или вымысел?

Вас увлекает физика? Устали от геологии? С помощью этих вопросов отделите научный факт от вымысла.

Оформите подписку Britannica Premium и получите доступ к эксклюзивному контенту. Подпишитесь сейчас

Производство элементарного углерода

углерод | Факты, использование и свойства

углерод

Посмотреть все СМИ

Ключевые люди:: Август Кекуле фон Страдониц Сэр Гарольд В. Крото Роберт Керл Джон Ульрик Неф Чарльз Гловер Баркла

Похожие темы:: фуллерен графен алмаз графит аморфный углерод

Просмотреть весь связанный контент →

Резюме

Прочтите краткий обзор этой темы

Element Properties
atomic number	6
atomic weight	12.0096 to 12.0116
melting point	3,550 °C (6,420 °F)
boiling point	4,827 °C (8,721 °F)
density
diamond	3.52 g/cm ³
graphite	2.25 g/cm ³
amorphous	1.9 g/cm ³
oxidation states	+2, +3, +4
electron configuration	1 s ² 2 s ² 2 p ²