Карбон в производстве автомобилей

Laodiku › Блог › 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.

Читайте также:  Размер полуоси на автомобиле

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.

Читайте также:  Правила парковки автомобилей в перми

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

Карбон, углеродное волокно, кованый карбон.

Истинные поклонники тюнинга, для которых внешний вид автомобиля не на последнем месте, хорошо знают о материалах применяемых для внешнего и внутреннего стайлинга.

Один из самых интересных и известных эффектных материалов 21 века, применяемый в тюнинге, является углеволокно или другим словом карбон.

На сайте представлено большое множество различных обзоров проектов от мировых тюнинг-ателье, в которых применяется данный материал. BMW 8 серии от AC Schnitzer, Mercedes-AMG G63 от LUMMA Design, Maserati Levante от Larte Design.

Итак, что же такое карбон? Давайте разбираться!

Что такое углеродное волокно и карбон?

Слово «карбон» пришло в русский язык из-за рубежа. Оно происходит от английского слова carbon, по-русски – сажа, углерод и технического термина carbon fiber, в переводе – углеродное волокно.

Углеродное волокно — это материал, состоящий из тончайших нитей диаметром от 5 до 15 микрометров, образованных преимущественно атомами углерода. Сами атомы углерода объединены в микрокристаллы, выровненные параллельно друг другу. Такая схема придает волокну высокую прочность на растяжение и маленький вес.

Карбон – это общее наименование группы композитных материалов, получаемых путём запекания углеродного волокна при высокой температуре в матрице из полимерных смол. В процессе полимеризации синтетические смолы, армированные высокопрочными углеродными нитями, превращаются в материалы, обладающие уникальными техническими характеристиками и эксплуатационными свойствами.

В мире существует несколько крупных заводов, производящие карбон. Венгерский Zoltek, американский Cytek, немецкий Hexcel и три японских завода – Toray, Mitsubishi и Toho. В 2015 году открыли завод по производству углеродного волокна и в России, в городе Елабуга. Строительство такого завода стало важным шагом в реализации программы импортозамещения.
Благодаря появившимся на рынке материалов российских производителей, помимо аэрокосмической отрасли и военных предприятий, карбоном заинтересовались и другие отрасли промышленности. Карбон стали активно использовать в автомобилестроении, дизайне интерьеров, производстве спортивного инвентаря и других сферах.

История карбона в автоспорте.

В автоспорт карбон пришёл в 1976 году. Британская компания McLaren стала использовать углеволоконный композит на своих спортивных автомобилях, делая отдельные детали для них. В 1981 году на трассу вышел McLaren MP4, ставший первым в истории Формулы 1 с полностью карбоновым монококом. Однако в те года технологи из автоспорта не имели малейшего понятия, как сделать самим такой монокок. Поэтому не разрушаемую капсулу для McLaren произвела американская компания Hercules Aerospace, обладающая богатым опытом военно-космических разработок. В сегодняшние дни практически все ведущие команды Формулы-1 имеют собственное производство деталей из карбона.

Преимущества и недостатки карбона.

Карбон – это не только уникальный материал для тюнинга, но и хороший способ сделать конструкцию автомобиля намного легче и прочнее. Его применяют в автомобилестроении уже много лет. И с каждым годом сфера применения данного материала расширяется. Но этот материал, также имеет свои преимущества и недостатки.

Преимущества:

Недостатки:

Что такое кованый карбон?

Кованый карбон (forged carbon) – самый новый и перспективный углеродистый материал, который по прочности превосходит сталь. В автомобильную индустрию кованый карбон попал из аэрокосмической отрасли. Исходным материалом для его создания являются тонкие переплетенные нити из резины и углеродного волокна.

Источник

Последнее столетие или около того, легковые автомобили и грузовики преимущественно делали из одного материала: из стали.

Однако не так давно в автомобильной промышленности наблюдался всплеск использования альтернативных материалов. Наибольшей популярностью пользовался алюминий, из-за его легкости, прочности, и массовости. С другой стороны, он требует гораздо больше энергии для производства и не так легко поддается обработке как сталь. Какие же еще альтернативы существуют?

Углепластик. Вы наверняка слышали про этот удивительный материал, который несомненно стал узнаваем за последние несколько лет, благодаря своему использованию в автомобильном мире. Углепластик легкий, прочный и из него можно сделать детали любых форм и размеров. Кроме того, выглядит он действительно здорово.

Читайте также:  Полуприцеп для автомобиля газель

Что же такое углепластик, он же карбон (carbon)?

Это состоящий из углеродного волокна и полимерных смол композитный материал. Волокна располагаются в матрице из полимерных смол (например эпоксидной). Углеродные волокна представляют собой тонкие волокна около 0.005-0.010 мм в диаметре, состоящие в основном из атомов углерода, соединенных вместе в микроскопические кристаллы, которые более или менее расположены параллельно длине оси волокна. Несколько тысяч волокон углерода скрученные в форме нитей могут быть использованы самостоятельно, или сплетены в ткань. Ткань из углеродного волокна тканей укладывается в нужную форму, как правило, вручную, после чего она запекается в полимере под давлением, и получается углепластик.

Так что же такого замечательного в углепластике?

Почему бы не сделать все автомобили из углепластика?

Углепластик прочен и легок, но так же дорог в производстве и отнимает гораздо больше времени при изготовлении деталей по сравнению с другими конкурирующими материалами. Кроме того, сталь и алюминий можно относительно легко отрихтовать и отремонтировать после аварии (заварить например). Углепластик же при повреждении образует множество осколков, острых как бритва рваных краев, и так просто восстановить его не удастся.

Наконец, когда приходит время для замены автомобиля, существует целый ряд относительно простых шагов, которые могут быть предприняты для утилизации пластмассы, стали и алюминия. Углеплатик же не так легок и дешев в переработке и поэтому его вторичное использование под большим вопросом.

Итак, что же получается?

Углепастик будут продолжать использовать для суперкаров и гоночных автомобилей, благодаря его уникальным качествам. Тем не менее, пройдет еще немало лет, пока мы увидим его использование на серийных автомобилях. В то же время, технологии не стоят на месте, и возможно, скоро углепластик будет выглядеть как архаизм, так и не попадя в массовое производство.

Источник

MrHarm › Блог › Немного из истории карбона. Да простит меня Томас Алва Эдисон…

Разве мог чудо-человек который изобрёл углеволокно, нынче просто «карбон», ещё в 1880 году предпологать что спустя столетие а именно в 1981 человечество начнёт всётаки внедрять его изобетение в массы!
А ведь использовал он его в качестве нити накаливания в лампочке! А мы из него машину и космические корабли строим… не мудрено, ведь углеволокно имеет исключительно высокую теплостойкость: при тепловом воздействии вплоть до 1600—2000 °C, в отсутствии кислорода механические показатели карбона не изменяются. Карбоновые детали, в отличие от металлических не ограничены свободой формы изделий. В металлической конструкции сложные формы, ограниченные изгибами и соединениями, которые влекут за собой снижение прочности и являются концентраторами нагрузки, а изделие из карбона можно формоват как единое целое, вне зависимости от сложности конструкции, что позволяет распределять нагрузку по всей площади, избегая таким образом концентрации нагрузок.
Карбон перекочевал в гражданское автомобилестроение из мира автоспорта. В 1981 г. Джон Барнард впервые использовал карбоновое волокно при создании монококона на McLaren MP4/1. При строительстве корпусов болидов Формулы-1 для этого используют специальные компьютерные программы. Впрочем, в последнее время гоночные технологии все чаще встречаются на дорогах общего пользования.
Карбон в последнее время становится всё популярнее у автовладельцев и мастеров по тюнингу салонов. Углепластик наряду с прочностью и лёгкостью ещё и необыкновенно красив. Отделка карбоном элементов салона вашего автомобиля придадут ему уникальность и привлекательность. Отделка крбоном приобретает широкую популярность и на этот красивый материал в качестве тюнинга обращают внимание и мотоциклисты.
Карбоновые детали салона автомобиля или элементов мотопластика являются композитом – карбоновое волокно пропитанное смолой. Но для того, чтобы использовать не только прочностные свойства карбона, но и декоративные, используемые в целях тюнинга салонов, оклейке (обклейке) карбоном капота и деталей салона автомобиля необходимо использовать специальные смолы.

В последнее время большую популярность приобрело покрытие плёнкой 3М под карбон. Её внешний вид и физичиские свойства даже на 1% не состовляют возможности оригинальной углеткани.
Да и цена такой 3М Di-Noc плёнки и оклейка (обклейка) под карбон достаточно близка к изделиям из углеткани. Но Вы же сами понимаете, что плёнки не обладают теми свойствами, которыми обладает карбон.
В рекламе пленки 3М Di-Noc заявляется, что отличить её с первого взгляда от настоящего карбона не удается даже специалистам. Но разницу между углетканью и плёнкой смогут заметить не только настоящие ценители углеволокна, но и любой человек который хоть раз в жизни увидел НАСТОЯЩИЙ КАРБОН!
А какое прекрасное естественное испытание прошли летом 2010 года оригинальный карбон и оклейка (обклейка) под карбон плёнкой, многие видели как под воздействием летней жары пленка слезала с обклеенной поверхности, а карбон всё-также ярко и насыщенно переливался в палящих лучах солнца…

Выбор за вами. И ПОМНИТЕ, ВСЁ НАЧАЛОСЬ 130 лет назад с обычной лампочки.

Источник

Поделиться с друзьями
Практические советы по железу и огороду
Adblock
detector