что такое карбоновый кузов

Что такое карбон на авто?

Карбон — это композитный материал. Он относится к классу углепластиков — материалов, объединяющих в себе несколько тысяч различных рецептур. Все эти материалы роднит одно — наполнителем в них являются углеродные (графитные) частицы и волокна. Основу углетканей составляют нити углерода (углерод — это, к примеру, грифель карандаша). Только такие нити довольно тонкие. Сломать ее просто, но порвать нелегко. Из них шьются ткани, где углеродные нити скрепляются параллельно друг другу.

карбон с салоне авто смотрится красиво
Углепластик имеет выраженную анизотропию (разные свойства в разных направлениях), поэтому для получения прочной поверхности углеволокно приходится укладывать в несколько слоев, каждый раз меняя направление нитей. Скрепляются волокна смолами. Для работы с карбоном и с кевларом простая полиэфирка не совсем подходит. Кроме того, чтобы полностью использовать преимущества этих материалов, необходимо применять вакуумные технологии, термообработку, задействовать сложное оборудование, такое как автоклав.

Карбон на 40% легче стали и на 20% — алюминия. Углепластиковые детали легче и прочнее стеклопластиковых. Но парадокс: автолюбители полюбили карбон не за его выдающиеся свойства, а за оригинальный внешний вид. Мода на карбоновые накладки пошла со спортивных машин, но там они имели четкое назначение: максимум прочности при минимальном весе.
Автопроизводители для автомобилей премиум сегмента используют карбон для снижения общей массы машины. Так, компания BMW для новой «семерки» использует технологию Carbon Core и применяет углепластик, что позволило облегчить машину на 130 килограмм.
Карбон для тюнинга салона и внешнего вида
Определение «под карбон» характеризует черно-серую «шахматку». Пленок подобного рисунка появилось великое множество. Главное их преимущество — низкая стоимость и доступность. Дизайн салона или внешнего вида ограничивает только фантазией — многие автолюбители облеивают пленкой под карбон как внешние детали машины (карбон, зеркала), так и детали салона. Смотрится не плохо, а соотношение полученный результат/деньги — минимальное.

наружное зеркало машины отянуто карбоном
Пленок под карбон бывают не только черного цвета, есть других цветов — белый, синий, красный и т.д. Если раньше в продаже были только пленки формата 3D с черной шахматкой, то сейчас набирает обороты пленка 4D — которая наиболее близка по внешнему виду к настоящему карбону и обладает трехмерным рисунком. Альтернатива пленки — это аквапринт.

Настоящий карбон — действительно легкий и красивый материал. Учитывая характеристики, этот материал назвать чисто декоративным сложно и стоит сказать о недостатках.

Карбон имеет очень маленькое относительное удлинение, т. е. не растягивается. Хрупкость и боязнь точечных ударов делают его в определенной мере «нежным и ранимым». Чтобы изделие из карбона работало как надо, необходимо точно рассчитать множество параметров: толщину слоя, направление нитей углеволокна, количество смолы и т. д.

блок кнопок стеклоподъемников в карбоне
При тюнинге салона настоящий карбон применяется, хотя и нечасто. Причина — высокая стоимость изготовления. Посудите сами, отделка настоящим карбоном одной пластиковой детали обойдется не дешевле 5 — 10 тысяч рублей, а весь салон не дешевле 40 — 50 000 рублей. Этот вариант подойдет для владельцев премиум машин, кто не хочет иметь дело с дешевой пленкой и кому важно качество материала.

Источник

Почему карбон не используется в массовом автопроме

Карбон – народное название, транслитерированное с английского слова carbon – уголь, которое в свою очередь было заимствовано еще из латыни. Углепластик представляет собой полимерный композиционный материал, состоящий из нитей углеродного волокна, переплетенных под определенным углом — как шерсть в свитере. Только очень прочный, с высокой степенью натяжения, низким весом и низким температурным расширением. Из-за его дороговизны композит может применяться как усиливающее дополнение, например, к стали — тогда материал получит приписку «усиленно углепластиком», CFRP.

Зона применения

Свою блистательную карьеру карбон начал с ракетных двигателей, а сегодня применяется в самых различных сферах — от производства удочек до самолетостроения. И в автопромышленности — не в последнюю очередь, прежде всего, в структуре кузова, а также элементах отделки экстерьера и интерьера.

Углепластик хорош тем, что обладает высокой прочностью, жесткостью и малой массой — он прочнее алюминия и легче стали, оказываясь более эффективным материалом. У кузова, изготовленного с применением композита, больше жесткость на кручение, что играет на руку безопасности автомобиля, и выше стойкость к коррозии. Даже применение части карбоновых деталей, даже только в отделке интерьера, снижает массу автомобиля, а значит, повышает топливную экономичность и динамические характеристики. При массовом применении повысилась бы и общая безопасность на дорогах при авариях, а также безопасность пешеходов.

Да и просто карбон считается красивым и стильным материалом — ведь спросом пользуется даже имитация «под карбон», которую с удовольствием используют в деталях и интерьере недешевых машин. Что уж говорить о пленке «под карбон», которая не добавляет кузову ни прочности, ни легковесности.

Однако из-за своей дороговизны углепластик далек от рынка массовых автомобилей и используется только в эксклюзивных дорогостоящих моделях, а также автоспорте. Но почему этот материал в прямом смысле «на вес золота»?

Дорогое производство

Окончательный ценник автомобиля в автосалоне складывается из сотни факторов: необходимость окупить затраты на создание идеи и разработку проекта, зарплаты дизайнеров и маркетологов, стоимость рекламы и имидж бренда. И мы можем только догадываться, насколько отличается себестоимость автомобиля от его покупательской цены.

Затраты на производство кузова с применением углепластика, его обработка и сборка мало чем отличаются от той же стали. Однако причина дороговизны композитной автомобильной детали объективна — дорог сам материал. Стоимость сырья составляет 20 долларов за килограмм, в то время как килограмм стали обойдется менее чем в один доллар.

Во-первых, из-за высокого спроса (например, из-за широкого применения в самолетостроении) на рынке наблюдается дефицит волокна, что также играет на его подорожание.

Во-вторых, сам процесс производства углеволокна очень трудоемкий и дорогостоящий. Итак, начинается все еще с нитей, из которых «вяжется» карбоновая пластина. Углеродные волокна получают за счет термической обработки химических и природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода. Сначала происходит окисление исходного волокна – на воздухе при температуре 250 градусов Цельсия в течение 24 часов, потом стадия карбонизации — нагрев волокна в среде азота или аргона при температуре от 800 до 1500 градусов Цельсия, а затем графитизация в инертной среде при температуре 1600-3000 градусов. В результате количество углерода в волокне доводится до 99%.

И на выходе одно только стартовое сырье становится в два раза дороже, чем исходный материал, так как половина элементов просто сгорает. Не считая расходов на специализированное оборудование и затрачиваемую энергию — представьте, сколько это стоит при обработке в перечисленных выше условиях и температурах, да и сами автоклавы (оборудование) значительно дороже. Более того, нужно избавиться от исключенных элементов, а утилизация этих «отходов производства», не вредящая окружающей среде, еще один важный пункт в счете расходов.

И это мы только сделали нити, а ведь из них еще надо «сплести полотно», которое и будет обладать той удивительной прочностью. И прежде всего, придется убедиться, что все нити одинаковы и равномерно растягиваются, иначе в полотне какие-то из них будут более уязвимы, а следовательно, сломаются. Так что необходимы сложные и дорогостоящие меры контроля качества изделий — в случае ошибки при производстве материал окажется хрупким, а не суперпрочным.

Затем нити работают с термоактивными смолами, которые их «склеивают», в результате и получается композит. Эти смолы также дороже обычных. А ведь композиту еще нужно придать форму, что занимает около часа — очень долго, если сравнивать с тем, как быстро штампуются кузовные панели из стали. Деталь из углепластика производится двумя способами. При прессовании углеткань выстилается в форму, смазанную антиадгезивом (например, мылом), пропитывается смолой, излишки смолы удаляются в ваккуме или под давлением, смола полимеризуется. Второй вариант — контактное формование: берется исходная деталь (например, металлический бампер), смазывается разделительным слоем, сверху напыляется монтажная пена. После затвердевания слепок смазывают разделительным слоем и выкладывают пропитанную углеткань, которая прокатывается, полимеризуется и затем снимается.

И наконец карбон, несмотря на свою прочность, уязвим для точечных ударов, а треснувший углепластик плохо пригоден к ремонту. Невидимые глазу внутренние трещины и расслоения приводят к снижению плотности. Скорее всего, поврежденную композитную деталь автомобиля придется заменять.

Вот что рассказал порталу «АвтоВзгляд» директор по послепродажному обслуживанию «Ауди Центр Восток» Алексей Кирдяшов:

— Высокая стоимость углепластика объясняется в первую очередь тем, что для изготовления карбона требуются высококачественные дорогостоящие компоненты и используется сложный процесс производства. На цену материала также влияют его уникальные характеристики — прочность и легкость. Это естественно, что за такое «ноу-хау» и эксклюзивные свойства продукта производители делают наценку, объясняя это тем, что карбон — будущее в автомобилестроении, авиастроении, изготовлении электроники, строительстве и многом другом. Продукт пользуется спросом, но еще не используется массово из-за своей стоимости.

Путь к удешевлению

Но коль дорого стоит производство, а не сам «алмаз», то его можно удешевить, упростив и удешевив технологию получения углеволокна. И, судя по последним заявлениям, производители композитов уже близки к этому. Ради совершенствования технологий производства карбона создан специальный немецкий проект MAI Carbon, на который работает более 70 компаний, институтов и лабораторий, в том числе Audi и BMW. И по словам его руководителя Клауса Дрекслера, затраты на производство углеволокна могут быть снижены на 90%. В результате композит может стать значительно дешевле, а значит, доступным для массового автомобильного производства. А при увеличении объемов производства кузова из углепластика станут стоить столько же, сколько стальные, и появятся у дешевых автомобилей.

По словам Дрекслера, для удешевления и ускорения производства нужно сделать процесс более автоматизированным. Подробностей участники проекта пока не раскрывают, однако в качестве реального примера можно вспомнить литиевые батареи, которые в последние годы удается делать все более доступными. Пассажирская клетка электрокара BMW i3 выполнена из композита, а ведь это уже массовая модель.

Например, технология струйного переноса сухой смолы, разработанная и запатентованная австралийской компанией Quickstep на средства правительства, уже позволяет автоматизировать изготовление кузовных панелей. Робот распыляет смолу особого состава в сухом виде, что позволяет избавиться от дорогостоящей подготовки жидкой смолы. Анализируется применение в качестве карбонового сырья лигнина, который получают из древесины и который по прочности на сжатие соответствует бетону, или подогрев при помощи плазмы. Ищут способы заставить углепластик работать с термопластиковыми смолами, что может удешевить производство на 60-70% и упростить устранение ошибок.

Источник

Что мы знаем о карбоне.

Многие из вас не раз слышали такое слово как карбон. Но не каждый знает что это такое и часто принимает за карбон то что им не является. В этой статье мы постараемся рассказать о том, что такое карбон, о его плюсах и минусах и о том, как можно сделать имитацию под карбон.

Карбон — это композитный материал, состоящий из переплетенных нитей углерода и скрепленных эпоксидными смолами.

Основная составляющая часть карбона – это нити углерода (по сути, тоже самое что и, например, стержень в карандаше). Такие нити очень тонкие, сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно. Из этих нитей сплетаются ткани. Они могут иметь разный рисунок плетения (елочка, рогожа и проч.). Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

В настоящий момент карбон получил очень широкое распространение и применятся во многих отраслях. Из него делаются капоты, бамперы, спойлеры, распорки стоек, детали салона, элементы кузова. Применяют карбон и не только в автомобилях. Его можно встретить и на катерах, на яхтах, мотоциклах, снегоходах, самолетах и прочей летающей технике.
Плюсы и минусы

У карбона есть как свои плюсы, так и минусы. Основными достоинствами являются прочность и небольшой вес. По прочности карбон не уступает большинству металлов, а по весу карбон на 40% легче стали и на 20% легче алюминия. Кроме того, детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна. Этим и обусловлено широкое применение карбона в автоспорте. Ведь в автоспорте снижение веса при сохранении прочности является очень важным моментом. Например, кокпиты болидов Формулы 1 выполнены из карбона.
Теперь о минусах

Первое что тормозит продвижение карбона в «массы автолюбителей» — это конечно цена. По стоимости детали из карбона значительно превосходят аналогичные детали из стекловолокна. Высокая стоимость карбона обусловлена, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклотканью, а технология производства деталей подразумевает наличие более дорогостоящего оборудования, к примеру такого, как автоклав.

К минусам карбона можно отнести и боязнь точечных ударов. Например, капот из карбона после некоторого времени эксплуатации может превратиться в решето после частого попадания мелких камней.

Также, детали из карбона подвержены выцветанию под воздействием солнечных лучей. Т.е. после определенного времени цвет будет отличаться от первоначального.

Стоит отметить и невозможность восстановления после повреждений. Т.е. в отличие от металлических деталей или деталей из стеклоткани восстановить первоначальный вид карбоновых просто невозможно. Поэтому, после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком.
Имитация карбона

Как ни парадоксально, автолюбители полюбили карбон не из его прочности и малого веса, а из-за внешнего вида. Но для того чтобы сетка карбона радовала глаз владельца автомобиля совсем не обязательно, чтобы детали были именно из карбона. В настоящее время придать детали видимость выполнения из карбона можно несколькими способами. Самый простой и дешевый это использование ПВХ пленок с рисунком под карбон. Таких пленок в последнее время выпускается предостаточное количество. Ими можно обклеить как простые детали, так и более сложные по форме. В последнем случае используется фен для нагрева и вытягивания в нужном направлении. Конечно, обтягивание сложных элементов требует специальных навыков, поэтому без специальной подготовки, простому автолюбителю качественно обклеить сложные по форме детали практически не возможно. Это лучше доверить профессионалам. Благо фирм, предоставляющих такие услуги, становится все больше с каждым днем. Они предлагают не только обклейку определенных деталей салона и экстерьера, но и полную обтяжку кузова пленкой под карбон.

Второй способ придать деталям видимость структуры карбона можно посредством «Аква- печати». Эта технология подразумевает обтяжку деталей специальной карбоновой пленкой под давлением воды и требует наличия специального оборудования и материалов. При таком способе покрытие получается более качественное и становится возможным нанесение рисунка карбона на самые сложные по форме детали. Детали после такой обработки по внешнему виду ничем не отличаются от настоящего карбона. Недостатком данной технологии является более дорогая цена и малое количество фирм оказывающих данную услугу. Но второе в скором времени перестанет быть проблемой, так как все больше и больше тюнинговых ателье и автосервисов обращают свое внимание на данную технологию.

Кстати, вы, наверное, не раз видели в объявлениях о продаже японских автомобилей такую фразу – «салон карбон». На самом деле детали салона выполнены не из карбона (конечно, если хозяин автомобиля не поменял их на настоящие карбоновые) и из пластика обтянутого по технологии «Аква-печать». Например, такие салоны в стоковой комплектации имеют некоторые модификации Toyota Chaser.

Ну и третий вариант придать детали вид карбона – это аэрография. Но конечно по внешнему виду (имитация карбона) она значительно уступает предыдущим двум способам. Так как выполнить рисунок в виде правильной геометрической сетки карбона аэрографом практически не возможно. Даже используя различные трафареты, точного совпадения добиться нереально. Так что отнести данный способ можно просто к извращенству.

Надеемся, данная статья поможет вам в нелегком деле тюнинга автомобиля и позволит понять, а так ли вам нужны детали из карбона, если можно сделать все более дешевле и по внешнему виду неотличимо от настоящего карбона.
Похожие публикации:
Углеродное волокно. Карбоновый тюнинг автомобиляУглеродное волокно. Карбоновый тюнинг автомобиля Технология выгодных покупок «CARBON» от ТНК Флокирование и перетяжка кожей, или, что такое тюнинг салона своими руками?Флокирование и перетяжка кожей, или, что такое тюнинг салона своими руками? Что такое спойлер, и как его выбрать?Что такое спойлер, и как его выбрать? Что такое Webasto и с чем его едят?Что такое Webasto и с чем его едят?

Источник

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

В 2018 году на шоу винтажных автомобилей Pebble Beach Concours d’Elegance в США показали новый гиперкар Bugatti под орущим для русскоговорящих названием Divo. Эта тачка оказалась самой дорогой в ассортименте известного бренда. Всего выпустят 40 машин по 5 миллионов евро каждая — все они давно раскуплены.

Это не принципиально новая модель Bugatti — она построена на базе Chiron. Её внешний вид значительно отличается от прообраза. Гиперкар получил новый обвес, спойлер и другие детали, которые увеличивают его прижимную силу до более чем 450 килограмм — это на 90 килограмм больше, чем у предшественника. У машины такой же двигатель на 8 литров и 16 цилиндров, а максимальная скорость ограничена на отметке 380 километров в час. У Divo прокачанные ходовая и тормозная системы, его позиционируют для использования на треке, но гонять на таких точно будут и за его пределами.

Значимой разницей между Divo и Chiron также стал вес — он уменьшился на 35 килограмм. Это стало возможным за счёт повсеместного использования карбона. Да, настолько большой кусок текста в начале этой статьи нужен был именно для того, чтобы подвести вас к разговору об этом материале.

Карбоном называют композитный материал — углепластик

Карбон — это такое многослойное полотно, которое формируется из волокон углерода, завёрнутых в обёртку из полимерной смолы. Если же говорить о правильном нейминге, то именно карбоном называют углерод, из которого делают карбоновое волокно, также называемое углепластиком. Если же откинуть нудные рассуждения, то карбон = углепластик. Сегодня к числу таких веществ относят абсолютно все полотна, в состав которых входят углеродные волокна, а вот звенья между, которые их связывают, уже могут быть абсолютно разными. Таковы реалии.

Карбон — это современный материал. Но кроме уникальных особенностей у него также очень высокая стоимость. Когда за один килограмм стали обычно просят меньше одного доллара, качественный карбон оценивают в двадцать раз больше, и в ближайшее время его цена вряд ли опустится.

Первоначально карбон разрабатывали именно для автомобилей наивысшего класса и космической отрасли. Тем не менее, из-за небольшого веса и высочайшей прочности его используют в современных самолётах, для производства спортивного инвентаря, а также в технологической медицине.

Карбон состоит из отдельных нитей: как их производят

Чтобы сделать карбон, нужна нить из полимеров или органики: полиакрилонитрильная, фенольная, лигниновая, вискозная. Её термическим образом обрабатывают в открытом пространстве при температуре 250 градусов по Цельсию в течение суток. За это время она фактически обугливается.

По окончанию окисления начинается процесс карбонизации. На этом этапе происходит нагревание материала в азоте или аргоне — при этом уже используется температура порядка 800–1500 градусов по Цельсию. В итоге в ходе этого процесса получаются структуры, которые напоминают молекулы графита. После этого происходит насыщение углеродом, что называют графитизацией — оно осуществляется в той же среде, но уже при температуре 1300–3000 градусов. Данный процесс может повторяться несколько раз, чтобы добиться концентрации углерода на уровне 99% — при этом материал постоянно чистят от азота. После этого он достигает необходимой прочности.

Немного о том, какими могут получиться полотна карбона

Отдельные нити карбона можно «скручивать» в единое полотно несколькими способами. От того, какой используется, зависит не только рисунок получившегося материала, но и его технические характеристики: прочность, плотность, жёсткость и не только. А вот чтобы получить оптимальные значения по этим показателям, чаще всего используют послойную проклейку разных видов волокон. Именно тогда материал получается максимально практичным и технологичным. Здесь есть свои нюансы, но основных видов волокна четыре. Это полотно, ёлочка, сатин и корзина. Вот, как они выглядят.

Полотно. Этот вид плетения считается наиболее плотным. В данном случае нити карбона переплетаются по очереди один к одному. Главным преимуществом этого типа считается максимальная фиксация фактуры. Тем не менее, за счёт этого оно получается менее пластичным.

Ёлочка. Этот вид плетения называют саржевым. В данном случае используется схема два к двум: две основные нити вплетаются через пару других нитей. Это плетение куда прочнее, чем предыдущее, и считается самым востребованным. Чаще всего используют именно его.

Сатин. Такое плетение — антипод двум предыдущим. Оно считается наименее плотным, но наиболее пластичным. Каждая из основных нитей в данном случае проходит над несколькими дополнительными нитями — именно это даёт ему необходимую рыхлость.

Корзина. Фактура этого волокна считается наиболее привлекательной. Тем не менее, его очень сложно выложить, чтобы не исказить рисунок — с таким умеют работать только настоящие профессионалы. А вот практической пользы у него не так и много.

Чтобы сделать карбон, используют несколько способов

Выше мы рассмотрели, как делают карбоновые нити, а также поговорили о вариантах плетения, которые нужны, чтобы создать из них полотно. Дальше из карбона нужно сделать готовую объёмную деталь для современного автомобиля, велосипеда и так далее. Для этого используют три способа.

Прессование. Это чуть ли не самый простой способ создать деталь из карбона. В его рамках полотно выкладывают в специальную форму, а потом пропитывают эпоксидной или полиэфирной смолой. После этого лишнюю пропитку попросту вытесняют чем-то вроде пресса или используют для этого вакуумные машины. Когда смола застывает, получается необходимая деталь. Смола в этом случае должна пройти по дороге полимеризации. Чтобы ускорить этот процесс, можно использовать повышенный температурный режим. На выходе обычно получается полая деталь, которую называют листовым углепластиком.

Формование. Для этого способа работы с углеволокном понадобится макет готового изделия, который также называют матрицей. Её обычно делают из алебастра, гипса или монтажной пены. На неё накладывается пропитанное смолой полотно из карбона, а потом оно прокатывается специальными валиками, чтобы убрать весь воздух между материалом и заготовкой — это может происходить как в холодном состоянии, так и в горячем. После этого, как и в предыдущем случае, нужно дождаться, чтобы смола высохла. Затем готовое изделие можно отделять от заготовки и начинать сначала.

Намотка. Этот вариант работы с карбоновым волокном применяется только для создания труб и других аналогичных деталей. В данном случае оно всё так же пропитывается специальной смолой, а потом наматывается на заготовку соответствующей формы. Важно понимать, что и в этом случае, и в двух других, может быть не один слой волокна, а несколько. Как мы уже отмечали выше, если одновременно использовать карбон разного плетения, можно добиться оптимальных показателей по прочности, упругости и пластичности — это очень важно. Плюс ко всему, указанные операции обычно происходят не вручную, а на заводах в промышленных масштабах.

Немного технических особенностей для понимания карбона

Так как карбон делается из нескольких материалов (углеродное полотно в качестве основы и эпоксидная смола для связки), которые отличаются свойствами, он получается достаточно интересным и необычным по своим техническим характеристикам. Именно поэтому его и используют в суперкарах и не только.

У карбона есть не только достоинства, но и недостатки

Карбон отличается сложностью в производстве — сделать его куда труднее, чем стеклопластик или стекловолокно. Именно поэтому он стоит достаточно дорого: тут сказывается и время в работе, и дороговизна необходимого оборудования. На выходе у него есть неоспоримые преимущества и недостатки, про которые нужно помнить.

Преимущества:

Недостатки:

В общем и целом, карбон — суперинтересный и действительно высокотехнологичный материал, из которого можно делать детали для тех же суперкаров. Тем не менее, сферы его реального применения только этим не ограничены — дошло до того, что из него уже делают даже аксессуары для смартфонов.

Источник