Велоиндустрия — Карбоний против Люминия: Отделяем факты от вымысла. Часть 2

Композиты CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) — современные облегчённые и прочные материалы. Этот вид композитов удачно применим для производства различных продуктов, используемых в повседневной жизни. Полимерный композит карбона – это структура, армированная волокнами углерода, выступающего в качестве главного компонента. Следует отметить: символ «Р» аббревиатуры CFRP допускает также расшифровку «пластик», а не только «полимер».

О композитных материалах будущего

Композиты CFRP, как правило, создаются с применением термореактивных смол:

  • эпоксидная смола,
  • полиэфирная смола,
  • виниловый эфир.

Несмотря на тот факт, что термопластичные смолы используются в составе композитов CFRP, часто можно встретить несколько иную аббревиатуру, определяющую композит как CFRTP (Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites). В принципе, разница несущественная.

Тем не менее, при работе с композитами важно понимать все относимые к ним термины и аббревиатуры. Не менее важно понимать свойства композитов CFRP и все возможности участвующего в них силового компонента, коим является карбон.

Преимущества композитов CFRP

Композитные материалы, армированные углеродным волокном — карбоном, резко отличаются от обычных композитов, содержимое структуры которых характерно присутствием традиционных компонентов:

  1. Стекловолокно.
  2. Арамидное волокно.

Поэтому свойства композитов CFRP являются более предпочтительными для современных технологий производства.

image
Таким выглядит внешне строительный материал настоящего и будущего — углеродное волокно. Его также называют кратким, но ёмким словом — карбон

Так, если сравнивать композиты по весу, традиционный армированный стекловолокном композит, где используется непрерывное стекловолокно, состоящее на 70% из стекла, обычно имеет плотность 0,29 грамма на 25,4 мм3.

Между тем композит CFRP с тем же содержанием 70% карбона, имеет плотность 0,025 грамма на 25,4 мм3. Разница десятикратная. Сравнение по характеристикам прочности также не оставляет шансов традиционным материалам. Композиты из углеродного волокна выигрывают не только по весу.

Этот вид материала значительно прочнее и жестче стекловолокна из расчёта на единицу веса. Остаётся лишь догадываться, какой будет разница, если сравнивать композиты из углеродного волокна с металлами.

image
Пока что карбон (углеродное полотно) достаточно активно применяется для производства отдельных деталей автомобилей высшего класса. На фото патрубок из карбона для мотора машины

Согласно исследованиям, при сравнении стали и CFRP, структура углеродного волокна с той же прочностью что у стали, будет весить в 5 раз меньше.

Этот момент приоткрывает очевидный интерес всемирно известных автомобильных компаний по отношению к технологиям с применением карбона вместо традиционной стали.

Если сравнивать композиты CFRP с алюминием, обладающим славой лёгкого металла, в объёмной составляющей алюминиевая структура с равной прочностью окажется в 1,5 раза тяжелее, нежели структура углеродного волокна.

Конечно, найдётся достаточное количество факторов, которые могут оказать влияние на отмеченные сравнения. К примеру, сорт и качество материалов способны изменить результаты. К тому же для композитов всегда важно учитывать производственный процесс, архитектуру волокон, качество.

Недостатки композитов CFRP

Композиты CFRP уникальные продукты, но есть серьёзная причина, заставляющая искать ответ на вопрос, отчего углеродное волокно активно не используется в гражданском строительстве.

Один из немногочисленных строительных проектов, где частично применялось углеродное волокно для создания экзотических форм. Но даже при малом внедрении материала эффект впечатляет

На текущий момент материалы CFRP остаются всё ещё сильно дорогостоящими. Правда, цена карбона нередко находится в прямой зависимости от конкретных факторов:

  • рыночный спрос и предложения,
  • виды углеродного волокна,
  • размеры,

Сырьё углеродного волокна по цене за килограмм может варьироваться от 5-кратной до 25-кратной стоимости стекловолокна. А в случае сравнения продуктов из стали и композитов на основе CFRP, эта разница увеличивается ещё.

Таким образом, цена инновационного современного продукта является его первым главным недостатком. Второй недостаток карбона — электропроводимость. Углеродное волокно характеризуется как легко проводящее электрический ток.

Но этот недостаток сводится на нет, если отталкиваться от конкретной сферы применения. Для иных проектов электропроводимость углеродного волокна переходит из недостатка в преимущество.

Близкий родственник карбона — стекловолокно. Этот материал тоже обладает уникальными свойствами, но до углеродного волокна ему далеко. Единственное преимущество стекловолокна — свойства изолятора

Опять же, если сравнивать стекловолокно, этот продукт, напротив, характеризуется качественным изолятором. Именно поэтому многие технологии строятся на использовании стекловолокна.

Такие технологии невозможно перестроить на карбон или металл по причине наличия свойств высокой электропроводимости металла и углеродного волокна.

Карбон и перспективы развития

Углеродный волокнистый материал – карбон, обещает широкий диапазон применения, так как позволяет при различных плотностях формировать разные формы и размеры. На современном этапе традиционными формами карбона являются:

  • трубчатая структура,
  • тканая сетка,
  • матерчатый лист.

Каждую из форм доступно изготовить на заказ в любом количестве составных частей, обрезков, кусков.

Пример отдельно взятого изделия на основе углеродного волокна — зеркало заднего вида автомобиля. Здесь не столько радует дизайн, сколько безвременный срок жизни аксессуара

Уже сейчас среди примеров применения углеродных волокон разных по качеству, можно встретить привычные для массового пользователя вещи:

  1.  Автозапчасти дорогих машин.
  2.  Велосипедные рамы.
  3.  Удочки рыболовные и лодочные винты.
  4.  Подошвы обуви.
  5.  Бейсбольные биты.
  6.  Защитные чехлы ноутбуков, смартфонов.

Карбон высокого качества применяется в сферах, где приоритетом являются новые технологии:

  1. Аэронавтика и космическая отрасль.
  2. Нефтегазовая промышленность.
  3. Мостостроительная индустрия.
  4. Строительная сфера.
  5. Ветряная энергетика.

Тем не менее, широкого внедрения карбона пока что не наблюдается. Обусловлены ограничения, прежде всего, высокой себестоимостью процесса получения материала.

Сложности массового производства карбона требуют вливания значительных средств. Этим фактом обусловлен слабый интерес компаний к новому эффективному материалу.

Например, изготовление только лишь одного велосипеда из карбона обходится производителю, как минимум, в сто тысяч рублей. Поэтому для автомобильной промышленности или массового строительства разного рода объектов, внедрение нового материала крайне ограничено.

Этот велосипед был сделан из материала с добавлением углеродного волокна. Точная себестоимость производства экземпляра неизвестна

Актуальный пример: более-менее массовое использование углеродного волокна в конструкциях спортивных экзотических автомобилей. Правда, последние годы наметилась тенденция активного внедрения углеродно-волоконных материалов в мостостроительной сфере.

Пародия на углеродное волокно

На фоне удивительных свойств карбона традиционно активизировались любители выдавать желаемое за действительное. Рынок наполнился предложениями относительно дешёвого углеродного волокна. Внешне продукт действительно похож на карбон, но только внешне.

Фактически, выдаваемые за карбон синтетические материалы являются обычным пластиком, внешне напоминающим углеродное волокно. Такие изделия можно часто встретить среди компонентов компьютерной и другой бытовой техники.

На площадках некоторых интернет магазинов предлагается материал внешне похожий на углеродное волокно. На самом деле это обычное стекловолокно

Карбон легко перепутать с другим материалом – стекловолокном, и этим тоже пользуются недобросовестные продавцы рынка. Но стекловолокно, структурно усиленно нитями кварцевого стекла, а никак не углеродом.

Поэтому материалы из чистого карбона отличаются выраженной прочностью, в то время как материалам на основе стекловолокна присущи выраженные свойства гибкости.

Свойства карбона позволяют производить продукты без конкретных границ долговечности.

И в этом тоже существенное отличие.

Углебетон – производная углеродного волокна

Совсем недавно на строительном рынке случилась самая настоящая сенсация. Немецким инженерам удалось применить карбон в качестве арматурного элемента бетона. Так получили новый строительный материал века – углебетон. Правда, чтобы получить конечный результат, немцам потребовались годы.

Лабораторные испытания строительного материала будущего — углебетона. В раствор обычного бетона внедряются нити углеродного волокна

Новый строительный материал логично сравнить с традиционным железобетоном. Только вместо привычной стальной арматуры здесь используется тканое углеродное волокно.

Технологию применения такого вида карбона немцы держат в секрете, озвучивают лишь поверхностную технику строительства:

  1. Заливка первого слоя бетонного раствора.
  2. Укладка слоя полотна из карбона.
  3.  Заливка второго слоя бетонного раствора и т.д.

Таким способом получают заливную конструкцию нужной толщины и других размеров. Применение карбонного полотна в сочетании с жидким бетоном – такая технология открывает небывалые возможности для создания строительных конструкций невообразимых форм. При этом надёжность строений обещает быть на порядок выше традиционных – железобетонных.

Углеродные ламели: продолжение эпопеи карбона

Между тем наряду с карбонным полотном для бетона, на строительном рынке появилась ещё одна новинка – углеродные ламели.

Примерно так выглядит процесс усиления строительной конструкции, благодаря использованию ламелей из углеродного волокна

Пластинчатый материал, структурно представляющий углеродно-волоконный продукт. Основное предназначение углеродных ламелей:

  • усиление старых несущих конструкций,
  • восстановление и ремонт повреждённых участков,
  • доработка несовершенных (ошибочных) строительных проектов,
  • крепление разрушающихся строений.

Углеродным ламелям присущи свойства выраженной упругости при растяжениях. Этот строительные материал отличают высокие механические характеристики при его малом весе.

Пример удачного использования карбонных ламелей – укрепление мостовых опор. Производство их пока ещё остаётся дорогим, но в перспективе ситуация обещает измениться. Применять ламели из карбона на практике несложно:

  1. Очистить рабочую поверхность.
  2. Нанести специальный эпоксидный клей.
  3. Наложить ламель на рабочий участок.
  4. Плотно прокатить ламель по всей площади упругим валиком.

Через определённый промежуток времени структура ламели пропитывается эпоксидной смолой, застывает и превращается в монолитную крепкую основу. При желании поверх такой основы можно положить декоративный слой.

Начало массового производства углеродного волокна в России

Видеоролик «Алабуга-Волокно» — наглядный информационный материал об организации современного производства углеродного волокна на территории России. «Алабуга-Волокно» — это одно из многих  уникальных российских производств современности:

При помощи материалов: ThoughtCo.

Одним из самых престижных и дорогих материалов для рукояток ножей помимо титана и дорогостоящих пород древесины, является разновидность углепластика, так называемый «карбон». Материал ценится за исключительную легкость, прочность и эстетическую красоту.

Источник фото: https://ua-marine.com.ua/katalog/tkani-i-vinili-vyva/vinili-vyva/carbon-fiber/ Карбон (от англ. carbon — углерод) — это полимерный материал с композитным составом, изготовленный из переплетенных нитей углеродного волокна (сarbon fibers). Эти нити изготавливаются с использованием эпоксидных смол.  Средняя плотность материала от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³. Главным отличием карбона от других полимеров применяемых при изготовлении ножей является очень небольшой вес. Именно вес в совокупности с исключительной прочностью дает карбону преимущество перед другими материалами рукояток: полимером G10, микартой, пластиком FRN и т.д.   При этом по удельным характеристикам прочности карбон превосходит конструкционные стали. Основными качествами карбона являются: высокая прочность на разрыв, стойкость к высоким температурам, агрессивным средам, незначительное расширение при нагреве, высокая электропроводимость. Также важной чертой карбона является его естественный, получаемый при производстве черный цвет, который придает ему благородный и элитарный внешний вид. Источник фото: http://surl.li/wdqi

Основу материала составляют нити углеродистого волокна, средней толщиной 0,005-0,010 мм в диаметре. Углеродные волокна изготавливаются в результате сложного процесса термообработки. Основное волокно (полиакрил, вискоза) изначально подвергается окислению на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры (полимеры, макромолекулы которых попарно сшиты регулярными химическими связями). Затем происходит карбонизация (процесс обогащения нитей углеродом), который проходит при нагреве волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур (аллотропных модификаций углерода). Процесс термической обработки заканчивается графитизацией (образованием графита в материалах, в которых углерод содержится в растворенном состоянии или в виде карбидов), она проходит при температуре 1600-3000 °C, в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %. Помимо обычных органических волокон, для получения нитей углерода могут быть использованы специальные волокна из фенольных смол, лигнина, каменноугольных и нефтяных пеков.

Источник фото: http://svouimirukami.ru/articles/uglerodnoe-volokno-chto-eto-takoe-primenenie-karbona-v-sovremennom-…

Углеродные ткани в свою очередь получают путем плетения нитей или лент. При производстве этих нитей за основу взят углеродный ровинг — жгут из тонких непрерывных нитей углеродного волокна толщиной от 3-х микрон, образованных атомами углерода. После переплетения они составляют каркас углепластика. Количество углеродного волокна в нити оценивается числом «К» — количеством тысяч элементарных углеродных волокон. Самое тонкое и самое дорогое углеродное волокно — 1К, наиболее распространенное углеродное волокно 3К, существуют также нити из углеродного волокна с К = 6, 12, 24, 48. Ткань, изготовленная из нитей, может иметь разнообразный рисунок плетения (ёлочка, рогожа, саржевое плетение и др.). Для придания ещё большей прочности ткани, нити углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол. Такая структура карбона дает возможность армировать волокно дополнительными элементами, упрочняющими его структуру и придающими ему разные цвета и фактуру поверхности. Этими материалами могут быть различные нити, блестки, полимерные материалы разных цветов.  

Источник фото: https://compoly.ru/produktsiya/uglerodnye-pan-materialy/uglerodnaya-tkan.html

Основными методами изготовления карбоновых пластин являются:

Прессование, при котором ткань   выстилается в форму, предварительно смазанную так называемым антиадгезивом, предназначенным для уменьшения сцепления поверхностей друг с другом. Им может мыло, воск и т.д. Затем ткань пропитывается смолой, а излишки смолы удаляются в вакууме (вакуум-формование) или под давлением. После полимеризации, смолы изделие приобретает законченный вид. 

Вакуумная инфузия, позволяет создавать ламинатный пакет наложением слоев ткани друг на друга и под слои подается вакуумное разряжение. Затем через клапан подается связующие вещество и под действием вакуума оно заполняет пустоты и пропитывает углеродную ткань.

Вакуумное формование, представляет собой склеивание слоев при высоких температурах и затем воздействие вакуумом для формирования объема изделия. Этот способ является одним из самых дешевых.

Метод намотки, который заключается в наматывании пропитанного ровинга на предварительно подготовленную форму. После намотки нужного числа слоев, форма с намотанной тканью помещается в нагревательную печь и полимеризуется.

Метод SMC/BMC заключается в помещении ткани в пресс-форму, нагретую до рабочей температуры. Пресс-форма смыкается, в результате чего под давлением материал растекается в полости формы и затвердевает. В конце цикла изделие извлекается из пресс-формы, и производится его окончательная механическая обработка и окраска.

Источник фото: https://www.zr.ru/content/news/538358-bmw_vstupajet_v_eru_avtomobilej_iz_karbona/

Карбоновое волокно применяется в различных сферах. В частности, в авиа и ракетостроении, при производстве деталей корпуса автомобилей и мотоциклов, бытовой техники и высокотехнологичных исследовательских приборов. И уже порядка 20 лет карбон широко применяется в изготовлении рукояток ножей среднего и премиального сегмента. При этом на складных ножах карбон может быть как в виде накладок на стальные лайнеры, так и в виде единственного материала рукояти, закрепленного винтами через бонки.  

Карбон, идущий на изготовление ножей, помимо своих основных прочностных характеристик, должен иметь еще и достаточно привлекательный внешний вид.   Именно этот фактор увеличивает его стоимость, осложняя технологию производства и требуя самых качественных исходных материалов.  Для проклейки слоёв используются самые дорогие и качественные смолы, и более дорогое оборудование, в частности химические реакторы (автоклавы). Кроме того, для повышения сцепления с рукой карбон подвергают пескоструйной обработке, что также увеличивает затраты на производство. Необходимо также помнить, что работа с карбоном требует обязательной защиты органов дыхания и специальных помещений с хорошей вентиляцией, и это также ведет к росту цены.

Цветовая палитра и текстура карбона, используемого на ножах, может быть разнообразной. Среди разновидностей карбона применяются: 

Мозаичный карбон, который может быть как однотонным, так и разноцветным. Такой карбон применяется для радиусных проставок на ножах со сложными многосекционными рукоятками. В данном карбоне могут применяется несколько технологий окрашивания.

Источник фото:https://drwinter-knives.livejournal.com/285748.html

Мраморный карбон — представляет собой хаотичное сплетение карбоновых нитей, каждая из которых по-разному отражает свет, что дает ему возможность блестеть под разными углами обзора. 

Источник фото: https://guns.allzip.org/topic/189/2411436.html

Карбон Lightning Strike («удар молнии») с медной нитью в виде сетки, вплетённой в углеткань по всему её объёму. Внешне аналогичный применяемому в фюзеляжах американских самолетов для защиты от ударов молний. Это тонкий карбон, толщиной 3,2 мм саржевого плетения. Обладает глубоким и ярким рисунком.

Источник фото:http://knife-making.ru/index.php?route=product/product&product_id=1475

Как и любой дорогостоящий, и при этом сложный в изготовлении материал, карбон имеет ряд недостатков. При производстве углепластиков необходимо очень строго выдерживать технологические параметры, при нарушении которых прочностные свойства изделий резко снижаются. Для контроля качества изделий могут применяться ультразвуковая дефектоскопия, рентгеновская и оптическая голография, а также акустический контроль. Без них производитель работает «наощупь» и может не заметить скрытых дефектов. Другим серьёзным недостатком углепластиков является их низкая стойкость по отношению к ударным нагрузкам. Также необходимо помнить, что со временем карбон выцветает и может существенно терять свое главное преимущество – привлекательный внешний вид. Однако несмотря на эти недостатки карбон по праву является премиальным материалом для лучших ножей. 

3 июня 2021

Любая шпатлевка состоит из наполнителя, обеспечивающего заполнение неровностей и прочность, связующего вещества, которое отвечает за адгезию и усадку, а также пигмента и добавок (стабилизаторов, пластификаторов). Назначение таких составов — восстановить поверхность, которая повреждена ржавчиной или механическим воздействием. При верном выборе и использовании эти продукты значительно упрощают работу по заделыванию сквозных отверстий и выравниванию поверхностей во время ремонта авто.

Разновидности конструкционных шпатлевок

Конструкционные шпатлевки применяются при ремонте вибронагруженных частей автомобиля: порогов, разного рода стоек, частей несущей конструкции кузова. При их выравнивании выполняются два вида работ: заполнение глубоких неровностей и сквозных отверстий, доводка. Поэтому используются сначала наполняющие (основные, грубые), затем доводочные (тонкие, отделочные, финишные) автошпатлевки. Первые крупнозернистые, не пригодны для создания гладкой поверхности без пор. Вторые мелкозернистые, эластичные, легко шлифуются. Могут применяться как самостоятельно (если дефекты мелкие) так для доводки после крупнозернистых материалов.

Наполняющие автошпатлевки со стекловолокном

Благодаря свойству армирования автошпатлевки со стекловолокном можно использовать для обработки значительных деформаций после механического воздействия. Стекловолокно обеспечивает прочность соединения деталей даже при сквозных повреждениях с разрывом металла. Заполнение дефекта обеспечивают волокна различной длины, влагостойкость — эпоксидная смола.

Преимущества шпатлевок со стекловолокном:

  • можно нанести довольно толстый слой, позволяющий быстро заделать глубокие неровности;
  • благодаря наличию армирующих мостиков они не проваливаются в сквозные отверстия;
  • пластичны при нанесении;
  • при обработке мест, поврежденных ржавчиной, увеличивается устойчивость к влаге.

Несмотря на высокую прочность автошпатлевок со стекловолокном не желательно их нанесение на повреждения с большой площадью. При высоком уровне вибраций существует риск образования трещин.

Другие минусы материала:

  • если волокна длинные, состав не будет эластичным;
  • не подходит для нанесения на детали из пластика;
  • при обработке участков, поврежденных ржавчиной, требуется наваривание заплат.

Из-за этих особенностей после нанесения шпатлевки со стекловолокном требуется покрытие финишным составом. При его выборе важно учесть, что на стекловолокно сильно влияют колебания температуры: расширяясь и сжимаясь, покрытие «тянет» за собой металл, образуя неровности.

Автошпатлевки с карбоном (углеволокном)

Карбон придает шпатлевке высокую эластичность, поэтому нет ограничений по толщине наносимого слоя. Волокнистая структура дает возможность работать со сложными повреждениями, в том числе сквозными отверстиями. Шпатлевка с карбоном подходит для обработки элементов автомобиля, которые при езде подвергаются высокому уровню вибраций.

Преимущества карбона в шпатлевке:

  • прекрасная адгезия;
  • возможность использовать на ослабленных участках кузова;
  • легкое нанесение благодаря высокой пластичности;
  • небольшая усадка при высыхании;
  • легко обрабатывается после полимеризации;
  • допускается нанесение на детали из пластика, карбона, алюминия, оцинкованной стали;
  • благодаря небольшому весу карбона отсутствуют ограничения по количеству слоев.

Если слой карбоновой шпатлевки будет слишком толстым, при механическом воздействии существует риск его разрушения.

Однозначно ответить, какой из двух материалов лучше в качестве наполнителя, невозможно. Отличия между ними существенны, поэтому и сравнение не будет корректным. В конечном итоге все зависит от вида повреждений и материала обрабатываемых узлов. Для крыши лучше выбрать материал с карбоном, для порогов и арок — со стекловолокном. Наличие карбона облегчает обработку, так как отпадает необходимость в нанесении финишного состава. Подробнее о свойствах обоих видов шпатлевок рассказано в видео на нашем YouTube-канале:

Обратите внимание, что при любом выборе не стоит ориентироваться на низкую стоимость — качественный продукт не может быть дешевым!

Комментарии

Рекомендованные статьи

image Вторая часть нашумевшей статьи. Love or hate! На фото выше – рама Unno в готовом виде на фоне всех лоскутов карбонового волокна, которые в ней были использованы.   Карбон   Практически непригоден для переработки, но и отходов меньше.   Откуда взялся   Из названия (Карбон ака углерод) понятно, что это продукт переработки сырой нефти. Если просто описать процесс, то из Акрила (полимер на основе акриловой и метакриловой кислот, не путать с оргстеклом/ Переводчик) сначала делают синтетическое волокно, за этим следует 3 стадии термической обработки:   Первая – окисление исходного волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. Вторая – нагрев в инертной (азот/аргон) при температурах от 800 до 1500 °C. Третья – термическая обработка в инертной среде при температуре 1600-3000 °C.   В результате всех этих хитрых манипуляций получается волокно с содержанием углерода около 99% от общего количества. Это весьма сложный и дорогостоящий процесс. Машины, которые плетут такое волокно, очень длинные и их немного, что сказывается на конечной стоимости продукта. А вот уже готовые нити можно скатывать в мотки и хранить сколь угодно длительное время, так как сам материал инертен. Изготовить из такой нити лоскут ткани не сложнее, чем производство любой другой текстильной продукции.   imageПроизводственная линия в Oak Ridge длиной 120 метров (в начале 40-х в этом городе ковался ядерный щит США, под кодовым названием «Манхеттенский проект». Именно там родились бомбуэ, упавшие на Хиросиму и Нагасаки/ Переводчик).   Но после того, как из нитей сплетут какое-то изделие, зальют его смолой и запекут в печи, их очень трудно переработать. Смолы, которыми фиксируются волокна, при разложении токсичны, а основным методом переработки является измельчение углеродного материала (банально дробят и жгут готовые продукты/ Переводчик). Понятно, что после такой «переработки» о повторном использовании в качестве материала для исходного изделия даже не идёт речь. Вероятность того, что карбоновая рама после переработки снова будет карбоновой рамой – крайне мала.   Статистика   Глобальный объем производства карбонового волокна около 135 000 тонн в год (сравните с 24 800 000 тонн алюминия). На 2017 год крупнейшими производителями были США и Мексика (48.7 тыс. тонн), Япония (27.1 тыс. тонн) и Китай (13.3 тыс. тонн). Аэрокосмическая отрасль потребляет около 80% от общего оборота (в среднем на один самолёт Boeing/Airbus уходит до 30 тонн/ Переводчик), 15% занимают производители спорттоваров, где лидирующие позиции занимает гольф (!) и «лыжные» виды спорта, велосипеды пасут задних. Ожидается, что в скором времени и автомобильная промышленность тоже станет весомым игроком на рынке.   Производство карбониевых рам   Чтобы превратить нить в карбоновую раму, из неё сначала делают лоскуты ткани с однонаправленными или разнонаправленными «жилами», затем эти лоскуты ткани пропитываются смолой и складываются в определенном порядке вокруг специальной надувной формы. С момента начала пропитки смола начинает застывать и вам нужно использовать пропитанный лоскут, либо поместить его в холодильник на хранение. Лоскуты липнут друг к другу, что упрощает процесс наслаивания лоскутов вокруг формы.   imageЛоскуты карбона оборачивают вокруг надувной пенополистирольной формы для будущей рамы Pivot.   Предварительно подготовленные лоскуты карбоновой ткани пропитывают специальной смолой, которая не затвердеет полностью, пока её не нагреют до определенной температуры. Чтобы все лоскуты хорошенько пропитались смолой и склеились друг с другом, их помещают в специальную форму из двух скручивающихся половин, а в надувную форму, вокруг которой складывались пластины, подают газ под давлением. После всех этих процедур рама в форме отправляется в автоклав для запекания. После того, как запеченный карбон остынет, его уже нельзя будет повторно расплавить и использовать, как это делается с пластмассой.   imageСпециальная внешняя металлическая форма для запекания.   Существует ещё несколько способов производства карбоновых конструкций, но большинство ведущих производителей используют именно этот метод. Сами формы для запекания делаются из стальных болванок. Для каждого размера рамы нужна своя подходящая форма. Передний треугольник чаще всего делают за один подход, а заковыристые детали вроде свингарма (задний треугольник или перья, кому-как угодно/ Переводчик) приходится делать из нескольких частей, соединяя их во время запекания.   Сама форма стоит от 40 000 до 80 000 долларов в зависимости от сложности конструкции (именно поэтому прототипы лепят из алюминия, с ним проще работать в плане экспериментов/ Переводчик), а живут они от 1 до 3-х лет, в зависимости от того, сколько сил потребуется для извлечения карбоновой детали после запекания.   imageПосле запекания и остывания карбоновые детали рамы Pivot извлекаются из форм.   «Если вы используете алюминий, то от момента получения материала, после обработки заготовок, ковки, и гидроформинга труб, до готовой рамы проходит 150-180 дней, а минимальный размер партии около 500 единиц. Тот же процесс для карбоновых рам составляет 90-120 дней. Алюминий дешевле, но планировать его производство сложнее». – Крис Кокалис, основатель Pivot Cycles.   Соотношение прочности к весу у карбона просто невероятно. Европейская фирма Dexcraft Composites говорит, что одна и та же деталь, с одинаковой толщиной стенок, созданная из карбона будет на 31% жестче, чем алюминиевая. При этом она будет вполовину легче и крепче на 60%. А если вы сделаете такую деталь из многослойного, разнонаправленного волокна, то показатели будут ещё выше. Шоссейные и некоторые кантрийные образцы рам уже впрямую приблизились к этим цифрам, однако производители серьезных МТВ-пушек слишком консервативно подходят к процессу создания рам и сейчас разница между алюминиевой и карбоновой рамой всего полкилограмма (то есть теоретически можно сделать даунхилльную раму, весом 2 кило, а в случае Трека вообще 1.5/ Переводчик).   Делать карбоновые рамы гораздо проще. Им не нужны крутые сварщики и стапели для сварки, а дополнительная прочность только помогает производителям, ведь раму банально труднее сломать, а значит и менять по гарантии ничего не придётся. Персонал на заводе должен быть внимательным и осторожным, но не обязательно высококвалифицированным (ага, можно набирать работников с улицы, которые будут работать за еду, профит/ Переводчик). Обычно «поклейка» танчиков велосипеда происходит в хорошо проветриваемой комнате с кондиционером, а процесс производства гораздо менее травмоопасен.   Обратной стороной являются первоначальные затраты на материалы (от $40 за кило), и на формы для запекания для тестовых образцов. Сам процесс укладки лоскутов карбона утомительный, а делать его нужно правильно. При этом он оплачивается слабо (из-за обилия желающих поклеить за еду/ Переводчик) и опытные работники тут не задерживаются.   Несмотря на обилие токсичных веществ, уже пропитанные лоскуты редко бывают опасны для работников, а ведь большинство небольших производителей закупается уже пропитанными лоскутами. Хотя длительное воздействие на открытую кожу и может вызвать аллергическую реакцию, но резиновых перчаток вполне достаточно для защиты, плюс они помогают избежать попадания влаги, масел или грязи внутрь во время поклейки.   Более крупные производители, вроде Giant Bicycles, предпочитают пропитывать лоскуты самостоятельно, чтобы не зависеть от поставок и иметь ровно столько подготовленного материала, сколько нужно. Понятно, что персонал помещений, где происходит подготовка и пропитка карбонового волокна, подвержен повышенному риску.   Переработка карбония   В данный момент велопроизводители не создают такие объемы карбоновой продукции, чтобы по её лому были какие-то данные. Toray – один из самых больших производителей карбонового волокна, заявляет, что около 4.5 тысяч тонн карбонового лома появляется каждый год, из которого тысяча тонн приходит из Вашингтона, где Toray обслуживает Boeing и другие аэрокосмические предприятия. Из карбонового мусора от Boeing’а и компании можно делать 400 000 карбоновых велосипедов в год, но отходы велоиндустрии ничтожно малы.   imageСейчас робот просверлит первое отверстие в 65-метровом крыле Боинга 777X. В нем почти 650 километров углеродной нити.   В Toray закладывают примерно 20% на отходы от производств аэрокосмической отрасли, а в велосипедной промышленности такого нет и подавно, как у мелких производителей, так и у крупных. «Мы делаем 125 ободов в неделю. И общее количество отходов от производства – это один пластиковый мешок для мусора набитый бумажной обёрткой». – говорит всё тот же Дастин Адамс.   Крупные велосипедные производители, вроде Trek, Specialized, или Ibis – отправляют на вторичную переработку те рамы, которые пришли по гарантийному возврату. Для переработки карбоновый лом выжигают в печах и дробят, а получившуюся мешанину используют для усиления пластика, изготовления структурных панелей, смешивают с асфальтом и используют для армирования бетона.   imageНа фото хорошо видно, что тормозные ручки Magura   /Дальше идёт зелёная чепуха о том, какие велопроизводители молодцы, что все отправляют отходы на переработку и сами пытаются изобрести какие-нибудь новые методы переработки, и как им приходится кооперироваться, чтобы насобирать лома на минимальную отправку и тд и тп./   А что можешь сделать ты?   Как и с алюминиевым велосипедом, свою карбоновую раму едва ли кто-то захочет отправить в утиль, ведь с заложенными характеристиками и свойствами самого карбона рама скорее морально устареет, чем сломается, а вы сможете говорить своим внукам – «Смотри, щенок, на чём твой дед виповал!»   Всё тот же Крис Кокалис говорит, что карбоновая рама даст вам максимальную прочность и минимальный вес и позволяет не так запариваться по поводу особо нагруженных узлов, как алюминиевые рамы. С другой стороны, если вы можете предложить схожую по характеристикам раму, пусть и с чуть большим весом, но по более выгодной цене (примерно на $1к меньше), то это весьма жизнеспособный вариант. За примерами далеко ходить не надо, алюминиевый Mach 6 от Pivot или тот же Specialized Demo.   imageСравнение карбоновой и алюминиевой рам Specialized Demo 8.   Так что же лучше?   Если бы лично я собирался запустить новый завод по производству горных велосипедов, я бы взял карбоний. Я считаю, что алюминиевые конструкции достигли своего апогея и без каких-то новых прорывных технологий в этой сфере ничего не изменится. Логика проста, если дать по миллиону долларов на улучшение карбоновой и алюминиевой рамы, то едва ли алюминиевый вариант будет сильно отличаться от тех топовых образцов, что мы видим на рынке сейчас. А вот карбоновые технологии новы и только начали развиваться.   Если бы я учил детей в школе рациональности использования природных ресурсов, то катался бы на алюминиевом велосипеде потому, что мне бы не пришлось спорить с детьми на тему того, почему я взял карбоновый велосипед, если его очень сложно переработать.   А если бы я владел компанией, которая хочет производить велосипеды, но заботится о окружающей среде. То сначала бы разработал подходящий дизайн для рамы, а потом бы нашел хороший завод, который не сливает отходы в океан или что-то в таком духе.   Если я просто езжу эндуро или даунхилл, то не думаю, что полкило или килограмм, который я смогу сэкономить благодаря карбоновой раме и колёсам, как-то заметно повлияют на моё катание. А вот для профессионалов карбон – это отличный выбор.   А ломается всё.   //////////   В общем да, понимаю чувства тех, кто ждал срыв покровов и ответа на вопрос «Что же лучше», а получил перевод статьи про экологию, разбавленную моими комментариями и выдержками из википедии в части производства и утилизации материалов. Сильно не серчайте.

  • добавить в избранное 7
  • Мнения
  • Valilenk,
  • Deon,
  • Aigo,
  • Polkovnik,
  • Vados,
  • Wild_Cat,
  • makaronman,
  • kamen,
  • nepunk,
  • toshik,
  • rcpl,
  • Hellride,
  • Vlomoboy,
  • GrifonI,
  • amstafff,
  • NixonElite,
  • affro,
  • DeusEX,
  • beast,
  • raskladnoy,
  • KIV,
  • Djaarj,
  • YuraPernackiy,
  • Be_Cos,
  • Logoffski,
  • KPAnuBA,
  • TallioN,
  • AleksandrSimonov,
  • AlekseyAnufrikov,
  • gsom111,
  • Wermachtocheck,
  • 0c2ol,
  • Syutkin,
  • Goga,
  • veles,
  • uzur,
  • Jahtaka,
  • Legalaze,
  • pashevich,
  • ilyamaksimov,
  • RostislavGordenko,
  • I_am,
  • sayrius,
  • pustota,
  • uniqs,
  • theza,
  • Legnar,
  • Spank3r,
  • damenoid,
  • BanyaTrusova,
  • PaNikA,
  • tr0k,
  • glit6h,
  • AndreyBuharev,
  • velobulgaria,
  • Dzhindzha,
  • Max1979,
  • vitsly,
  • kirill-k2,
  • DimaArsenev,
  • vovaz,
  • perper,
  • uytcvbdfgpoj,
  • grach,
  • o_O,
  • AntonioCap,
  • SergeyGaynulin,
  • V_ad_im

? Блинов хочу, со сметаной!

Оцените статью
Рейтинг автора
4,8
Материал подготовил
Максим Коновалов
Наш эксперт
Написано статей
127
А как считаете Вы?
Напишите в комментариях, что вы думаете – согласны
ли со статьей или есть что добавить?
Добавить комментарий