100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Как делают детали из карбона?

моя ПЕРВАЯ деталь из карбона или препрег своими руками:как готовить и есть

Никогда не вёл блогов, или подобных ЖЖшечек, но, видимо, всё бывает в первый раз.
т.к. это первая запись на драйве-пожалуй представлюсь: зовут Женя, родился мальчиком, и до сих пор своих убеждений не сменил) собссно как родился, так и обитаю по сей момент в славном городе Санкт-Петербурге.

Основной мой род занятий это звукорежиссура, а как хобби-увлечение сноубордом, мотоциклом, и всяческим рукоделием. Именно две последних страсти и толкнули меня на опыты с карбоном. ну нравится мне перебирать мотик и вешать на него всякие приблуды, а из карбона и подавно. В общем чем бы дитя не тешилось.

Идея начать делать что-то подобное поселилась в моей голове года два назад, но то негде было, то некогда… В итоге все два года я жадно изучал всевозможные композитные технологии и знакомился с материалами.
Отдельную благодарность в этом нелёгком деле теоретической подготовки я выражаю Владимиру Кислицину, ака toboliac , истинному фанату своего дела, которому не лень, и даже в кайф делиться своими наработками, опытом, да и просто мыслями. Так же множество инфы было мною почерпнуто в группе "CarbonClub — плёнкой даже и не пахнет", и на форуме «МАСТЕРФОРУМ.КОМПОЗИТЫ.РФ»
как истинный засранец никогда и нигде ничего не писал, а только лишь поглощал информацию. ну, настало время чуть чуть поделиться)
но, обо всём по порядку:

1)выбор технологии

Долгое время я склонялся, и с восхищением смотрел на вакуумную инфузию, т.к. процесс этот действительно позволяет получать качественный результат, при должной сноровке. но с инфузией (для меня) есть ряд проблем, о которых многие говорили, из которых меня оттолкнули от этой технологии две:
-невозможность создания "кокпитовых", т.е. закрытых, объёмных изделий
-большое количество одноразовой оснастки и довольно капризный процесс, в плане качества/скорости распределения смолы и качества финальной поверхности.
ручное формование и тем более ламинация для меня отпали сразу, т.к. мне реально нравится вид именно сдавленного, сжатого полотна. хоть убейте, но о вкусах не спорят)

И так, года полтора назад, когда я ещё вовсю был настроен пробовать инфузию подвернулся мне на авито совсем новый вакуумный насос. китайчик, низкопроизводительный, но по цене "по старому курсу", что прошлой осенью было весьма актуально. В итоге я решил, что с чего-то надо начинать, и взял этого малыша за 4 тыщи на тот момент совсем деревянных.
В общем-то на этой покупке процесс и остановился.

2) материально-техническая подготовка
Этой осенью в очередной раз для меня, и моих друзей встал вопрос тёплого зимнего хранения мотоциклов, да при том с возможностью круглосуточного доступа для "кручения гаек". После довольно длительных поисков совсем не далеко от дома нашлось производственное помещение 30м2, которое как раз подходило по всем параметрам, акромя того, что это был второй этаж. Ну, мотоциклы хоть и не пушинка, но и не тонну весят, и с помощью четверых мужичков в самом расцвете сил были закачены по досочкам на второй производственный этаж (высота потолков 4,5 метра). Думали в штаны наложим, ан нет, глаза боятся, а руки (в данном случае ноги) делают. Но это лирика.
Наконец то появилось помещение, которое я два месяца приводил из состояния "голые стены" в "уютная мастерская. В принципе, отчасти мне это удалось.
Т.к. на тот момент с технологией, которую я хочу освоить я определился, а осенью, во время командировки в США, капитально закупился различными тканями, свой путь я начал с постройки печки.
вот собственно и она:

Печь представляет из себя ЯЩЪ, собранный из секций, сделанных из совейской кровельной жести 0,75мм, на каркасе из металлопрофиля для ГКЛ. в качестве теплоизолятора внутри секций заполнение базальтовой ватой.
Секции между собой крепятся винтами и уголками, в жесть запрессованы заклёпки-гайки.
Все стыки промазаны высокотемпературным силиконовым герметиком. Верхняя крышка на петлях, с поддерживающими мебельными газ-лифтами, закрывается всё это дело на защёлках-стяжках (как на ящиках).

Внутри ящика установлен 1кВт нагреватель с вентилятором (разобрал китайский тепловентиллятор, купленый за какие то копейки в Леруа-Мерлен).

На передней панели ЯЩЪ’а смонтирован блок управления: программный ПИД-регулятор ОВЕН ТРМ-251 и блок реле/предохранителей.
Вообще, нагревательных элементов там два, каждый по киловатту, но на 2кВт печка уж больно быстро греет, и от частых вкл/выкл реле уже ощутимо мигает свет. С 1кВт нагревателем свет уже не мигает, а печь выходит на 100 градусов примерно за 12 минут, что более чем достаточно.
Да, габариты: 101*67*77см (продиктовано размерами жестяных обрезков привезённых из дачных запасов).

В общем на постройку сего девайса у меня ушёл где то месяц работы по вечерам, и около 10килорублей денег. Что более чем бюджетно, если сравнивать с заводскими термо-шкафами.
И вот ещё- вся конструкция на колёсиках, ибо вес её весьма внушительный, просто так не передвинешь.

вакуумная станция
По известной и не раз обжёванной в интернетах схеме был создан блок автоматики для вакуумного насоса, а так же импровизированный ресивер из канализационных уличных пластиковых труб 110мм.
вот оно фото:

В блоке релейной обвязки для вакуумметра с электроконтактной приставкой я добавил реле времени (

350р в леруа), которое позволяет отключить всю схему в заданное время. весьма удобно, когда оставляешь вак.насос на ночь, и не хочешь чтоб он пахал сутки.
в планах-добавить в схему устройство плавного пуска насоса. т.к. с ресивера у меня чуть чуть натекает где-то, и насос включается примерно раз в 2 минуты при поддержании вакуума -0,7/-0,5МПа. в общем надо дорабатывать.

Читайте так же:
Как делают мультфильмы в США (видео)

ПЕРВЫЙ БЛИН
На подготовку всего и вся у меня ушло довольно много времени и сил, особенно учитывая что это лишь хобби, и приходится "отвлекаться" на работу, да и просто "жизнь" =)

Для первого опыта был выбран "пациент" не сложной формы:

это китайская "карбоновая" защитная накладка на мотоциклетный бак. отвратительнейшего качества вещь, я вам скажу. тонкая, сделанная на полиэфирке (судя по запаху при шлифовке), карбона только внешний слой, и то, наверное, дай БГ 80г/м2, а внутри даже не стеклоткань или мат. там стеклосетка, похожая на серпянку, только с меньшим размером ячейки. кусок какашки, одним словом. да ещё и поцарапанный и с изъянами по кромке.

В общем это дело было мной заботливо вышкурено, зашпатлёвано, и на самой детали ручной формовкой был сделан фланец (пластилин с лицевой стороны и гель+стеклоткань с изнанки).
Этот фланец весьма заметно увеличил жёсткость детали, и с ней стало гораздо удобнее работать.
далее ещё шкурка (600-800-1000-1500-2500), с полировкой решил не заморачиваться, и сразу нанёс разделитель и снял матрицу:

потом сделал "пирог" из трёх слоёв углеткани, с прокладкой плёнки и пропиткой препреговой смолой:

далее этот пирог пошёл на технологическую выдержку 12 часов при 30 градусах.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Читайте так же:
Как делают бейсбольные биты (видео)

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

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.

ПоказателиПлотность (ρ, кг/ м³)Температурный режим (Тпл, °C)Предел прочности (σB, МПа)Упругость (σB/ρ, МПа/кгм-3)
Углерод141337002760157
Стекло E254813163450136
Стекло S249316504820194
Графит149636502760184
Молибден1663650138014
Полиамид113624982773
Полиэфир138524868949
Сталь78111621413053
Титан47091668193041
Вольфрам192523410427022
Алюминий26876606202300
Асбест2493152113805500
Бериллий1856128413107100
Карбид бериллия2438209310304200

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.

Как делают карбон для суперкаров: чем он так хорош

Преимущества:

  • этот материал легче алюминия на 20%, стали — на 40%;
  • карбон из углерода и кевлара отличается невероятной прочностью;
  • он сохраняет прочность и форму приблизительно до 2000 градусов по Цельсию;
  • материал отлично гасит вибрации;
  • карбон не боится коррозии;
  • это прочный и упругий материал;
  • его можно использовать в декоративных целях.

Недостатки:

  • карбон плохо переносит точечные повреждения;
  • этот материал практически невозможно реставрировать после повреждений;
  • без дополнительного покрытия он может выгорать на солнце;
  • карбон вызывает коррозию металла, поэтому его с ним нельзя соединять напрямую;
  • такой материал очень сложно утилизировать и использовать повторно.

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.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона

Меня зовут Павел.
Я занимаюсь изготовлением углепластика или, как его называют, карбон, и с удовольствием делюсь опытом.

Первые попытки освоить технологию сделал где-то полтора года назад. С тех прошло много времени и тем более приятно вспомнить первые шаги. В этом посте расскажу о своем первом учебном самостоятельном проекте детали из композита эпоксидной смолы и базальтового волокна.

Читайте так же:
Как делают пуговицы (видео) Часть 1

Сама идея заняться карбоном возникла еще раньше, года три назад. Долго ее вынашивал и в какой-то момент решился. Первый месяц самостоятельных попыток и просмотра роликов на ютубе привел к куче израсходованного материала, смолы, тканей, жгутов и т.д. Оказалось, что даже пластину из карбона методом вакуумной инфузии не так-то просто сходу сделать. Немного помучавшись, понял, неплохо бы найти профессионалов для перенятия опыта. Нашел подходящих ребят, познакомились и ушел с головой в процесс обучения.
Такого кайфа от учебы в универе точно не получал. Прошло два месяца, азбука выучена, лекции записаны, лабораторки выполнены и я отправился в самостоятельное плавание. К тому моменту уже нашел первого заказчика. И до этого всё было в розовых тонах. Дальше начался бой и об этом речь пойдет ниже.

Мой первый проект — продолжение учебы, но в полевых условиях. Я договорился сделать из композита деталь, дабы уменьшить её вес. Деталь шла к мобильному лазерному станку. Станок представлял собой чемодан на колесах и предполагал постоянную перевозку между участками работы. К слову, он для лазерной наплавки пресс-форм; износилась кромка стальной матрицы — привезли лазер, выставили, настроились и наплавили специальной проволокой изношенный участок.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Вернемся к процессу.

Деталь это плита со сложными пазами и выборками, в которые укладывается оптика лазерного станка.

Чтобы что-то сделать из карбона, нужно сначала сделать матрицу — обратную к исходной поверхности деталь. А уже на матрицу выкладывать углеткань и пропитывать смолой.

Опишу создание матрицы коротко и скажу лишь, что работа шла три этапа: мастер-модель из пенопласта -> черновая матрица -> черновая деталь -> рабочая матрица.

Вот как выглядела рабочая матрица.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Это стеклопластиковая матрица с толщиной фланца 5-6 мм и шлифованным слоем гелькоута с наружной стороны.

Чтобы по этой матрице сделать деталь, нужно сначала подготовить выкройки. Такая сложная форма не позволяет положить углеткань одним куском. Для качественного соответствия геометрии, нужно подготовить большое количество маленьких кусочков ткани — выкройки. Всего я сделал около 300 выкроек — это примерно 60 штук на слой, а слоев было 5. Кстати, для первого раза я использовал не углеткань, а базальтовую ткань. Она попроще, а сама деталь была под покраску, поэтому изящество рисунка карбона было ни к чему.

Так выглядела базальтовая ткань со слоем клеями и размеченными выкройками.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Да, их было много, а работы еще больше.

Когда все 300 выкроек были подготовлены, вырезаны и подогнаны, настало время укладки и приклеивания на матрицу. Но сначала матрицу нужно очистить загрязнений, жирных пятен и прочего.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Затем, очищенная матрица покрывается специальным разделительным составом — воском. Это нужно, чтобы деталь намертво не приклеилась к матрице, а аккуратно без повреждений извлекалась из неё. Я использовал жидкий воск на основе ПВА. Воск наносится слоями от 3 до 5 в зависимости от марки и типа.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Затем приступил к расположению выкроек. Слой за слоем, в определенном порядке приклеивал маленькие кусочки ткани к матрице, пока она вся не обросла базальтовым панцирем.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Кстати, клей тоже специальный аэрозольный для инфузии.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Хотя выкройки делались по шаблону, всё равно каждый слой пришлось проверять и немного подгонять по месту.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

На предыдущем фото видно, как отходят выкройки. Сколько клея не нанести, пока уложишь последний слой, обязательно сколько-то выкроек уйдет. А это напрямую влияет на качество получаемой детали. Чтобы этого не произошло, во время пропитки вокруг детали собирается вакуумный мешок — хитрая слоистая конструкция для подачи и распределения эпоксидной смолы, откачки воздуха, создания надежного прижима.

Мешок собирается из нескольких слоев: жертвенная ткань, служащая буфером смолы и регулятором скорости пропитки; перфорированная пленка для быстрого разделения технических слоев от тела детали; проводящая сетка — быстрая доставка смолы по поверхности; магистральные и спиральные трубки для подачи смолы извне и откачки воздуха из мешка. Весь этот пирог накрывается вакуумной пленкой, которая крепится и уплотняется герметизирующим жгутом по фланцу матрицы.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Перед сборкой мешка нужно хорошенько продумать схему подачи и откачки смолы: сколько точек подачи, как провести линии подачи, где сделать быстрый ход смолы, а где нужно ее затормозить для гарантированной пропитки. Процесс до жути увлекательный, как само планирование, так и наблюдение за ходом смолы. Я пустил смолу с верхних точек детали, а магистрали откачки расположил с фланцев матрицы.

Когда мешок собран, его нужно откачать и проверить на герметичность. Собрать с первой попытки герметичный мешок не всегда удается. В этот раз мне пришлось даже переделывать мешок, так как первый мешок прорвался острой стеклопластиковой иголкой с обратной стороны матрицы. Так выглядит собранный и откачанный мешок, готовый к пропитке эпоксидной смолой.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

А вот так во время подачи смолы.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Процесс пропитки может идти от десятка минут до нескольких часов. Я пропитывал параллельно две детали и на инфузию ушло чуть больше часа.

За процессом нужно следить — когда ускорить подачу смолы, когда замедлить, а когда и вовсе перекрыть для добавления новой порции смолы в систему.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

До последнего держит в тебя напряжении, потому как наперед не знаешь, успеет ли пропитаться вся деталь до момента загустения смолы.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Всё это выглядит как пляски с бубном (маркером). Но вот все светлые участки потемнели, смола показалась в трубках на пути к насосу, а значит, можно выдохнуть и перекрыть подачу смолы. После этого оставляем деталь сохнуть минимум на сутки и уходим с приятным ощущением и предвкушением.

Читайте так же:
Как делают коньячные бочки

Через пару дней разбираю мешок и достаю деталь. Для первой разборки я потратил огромное количество времени — наверное, целый день отборной ругани и суеты. Деталь такой сложный формы у меня получилось достать с большим трудом, но когда достал, улыбался до ушей.

Так она выглядела после разборки и первой примерки с узлами лазера.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Потом была фрезеровка пазов, отверстий под кнопки и магниты, обрезка контура. Это отдельная история с фрезерной оснасткой, базированием и позиционированием по детали.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Потом была фрезеровка пазов, отверстий под кнопки и магниты, обрезка контура. Это отдельная история с фрезерной оснасткой, базированием и позиционированием по детали.

Пристрелка по весу:

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Окончательно склеенная деталь перед покраской в сборе с лазером выглядела так.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

Ну и финальная версия после покраски.

Как я делал первые шаги в создании детали из карбона Карбон, Создание, Углепластик, Углеволокно, Длиннопост

В итоге, учебный проект занял около 8 месяцев, приличное количество денег на материалы, инструменты, оборудование и мою работу. Я сразу относился к нему, как к вложению и не переживал лишнего. Вес удалось сэкономить с 10 кг до 1,2 кг. Очевидно, что делать подобную деталь из композитов методом вакуумной инфузии абсолютно нецелесообразно по трудоемкости и стоимости. Опыт — бесценный. С первого раза сделать деталь такой сложности — большая удача и не менее большая работа. С тех пор за такие масштабные штуки не берусь, но опыт этих месяцев использую каждый день.

Как говорится, если ты готов делать что-то бесплатно и ночами, возможно это то самое.

Технологии получения изделий из карбона

технологии получени км.jpg

Производимые карбоновые изделия идеально подходят по своим характеристикам для эксплуатации в любых (даже экстремальных) условиях. Возможность совмещения производства материала с последующим формованием только повысила рентабельность многих предприятий.

Как получают многослойные изделия из препрегов?

Для справки: слово «препрег» имеет английские корни — pre-impregnated, или prepreg. Это полуфабрикат, из пропитанных смолой (в большинстве случаев эпоксидной) волокон или тканей, используемых в производстве. Вообще препреги могут иметь в основе различные (не только углеродные) волокна с пропиткой. Но в данном случае нас интересуют препреги на основе именно углеродного (или карбонового) волокна.

Далее приведем часто используемые технологии изготовления карбоновых изделий.

Прессование препрегов методом штамповки

штамповка углепластика.jpg

В основе технологии лежит процесс выкладки препрега в подогреваемую пресс-форму с дальнейшим прессованием. Это — наиболее старый метод, известный как основной при формовании пластмассовых деталей. Для производства изделий из препрегов технология остается популярной. Ведь тут нет необходимости перераспределять компоненты в объеме материала и не требуется использовать высокое давление, как например при использовании инжекционных методов, что дает возможность применять относительно дешевые формы из металла и оборудование.

При этом технология позволяет получать не только изделия заданной формы, но и с идеально точными размерами. Используемые армирующие материалы значительно усиливают характеристики прочности и жесткости, а нарушение ориентации волокон (как следствие перетекания связующего вещества) вообще отсутствует при правильной укладке материала.

В углепластиках данного типа, как правило, применяются связующие, основу которых составляют эпоксидные смолы. Помимо этого могут применяться полиимиды, ненасыщенные полиэфирные смолы и некоторые другие виды полимеров.

Но у технологии есть главный, хотя и некритичный, недостаток — довольно низкая производительность и большое количество этапов производства:

1) Выбор схемы ориентации волокон с последующим раскроем препрега;

2) Укладка раскроенного материала в пакет. На данном этапе существует также много нюансов, связанных с соблюдением ориентации волокон, что может потребовать дополнительных операций по укладке их в тетроновую ткань;

3) Укладка пакета в металлическую форму и, если применяются в качестве связующих вещества на основе эпоксидных смол, его предварительное прогревание. Только после этого запускают процесс прессования, устанавливая величину давления в зависимости от сложности формы (плоский это будет лист или форма с криволинейными поверхностями). Используемая полимерная система предопределяет температуру и время термической обработки;

4) Извлечение изделия и осуществление его зачистки. В ряде случаев проводят дополнительное отверждение полученного изделия в термокамере.

Метод формования в автоклаве

Суть заключается в процедуре укладки препрега (или пакета) на форму. Всю конструкцию размещают в вакуумном мешке с последующим изменением давления. Поэтому технология отверждения, подразумевающая создание градиента давления относительно атмосферного, носит название формование с применением вакуумного мешка.

Основные этапы формовки:

1) На форму помещают требуемое количество слоев препрега;

2) Используя автоклав, запускают процесс отверждения;

3) Обрезают полученные изделия.

автоклавное формование.jpg

Необходимо заметить, что от типа вакуумного мешка, способа выкладки на форму и других нюансов напрямую зависят и характеристики будущего изделия.

К явным преимуществам и возможностям метода можно отнести следующие:

Формование изделий больших размеров;

Получение равномерного показателя толщины;

Идеальное качество поверхности;

Критически малая пористость.

А вот недостаток технологии заключается в ее дороговизне, поэтому для массового производства ее пока нельзя назвать рентабельной. Хотя в этом направлении постоянно идет работа. Кроме этого, технология считается пожароопасной, что требует повышенного внимания к безопасности, — но, естественно, это касается только производителя, а не заказчика изделий.

Технология изготовления трубчатых изделий

Суть в следующем: между двумя нагреваемыми столами располагается оправка в форме цилиндра, на который происходит намотка однонаправленного препрега. Процесс равномерной и точной намотки достигается смещением столов на заданную величину. Впоследствии препрег проходит процесс отверждения в термошкафу, после чего вынимают оправку и проводят дальнейшую обработку полученной трубки. К недостатку технологии можно отнести только то, что она не позволяет получать трубки больших диаметров.

Читайте так же:
Как делают карандаши

В остальном же метод имеет ряд преимуществ:

невысокая стоимость оборудования;

возможность получения форм конуса;

сохранение стабильного содержания компонентов при использовании препрегов;

более благоприятные условия труда за счет отсутствия связующего в жидком состоянии.

Технология намотки с использованием нитей

карбоновые нити.jpg

Основные этапы заключаются в выборе и подготовке нити, либо жгута и оправки. Существую два основных метода: «сухая» намотка и «мокрая». Самый распространенный метод — «мокрая намотка». Суть заключается в том, что нить пропитывают связующим в процессе намотки на оправку, затем происходит отверждение, извлечение оправки и финишная обработка изделия. Иногда еще возникает необходимость предварительной обмотки изделия усадочной тетроновой пленкой перед отверждением, которая позволяет более качественно выдавливать из материала связующее вещество. Этот этап позволяет получить монолитное изделие.

Вообще метод популярен тем, что полученные изделия обладают высокими деформационно-прочностными параметрами, стабильными свойствами и оптимальной структурой. А использование современных станков с ЧПУ вообще предоставляет возможность производить изделия, имеющие сложную геометрию и идеально точные размеры.

Технология пултрузии (протяжка)

Данный метод используется, когда необходимо получить однонаправленные профили. И приятен метод не только простотой, но и полной автоматизацией. Это дает отличные перспективы промышленного производства профилированных изделий.

Однако есть у него и недостатки:

Технология позволяет работать только с нитями либо жгутами;

Существуют трудности в обеспечении одинакового сечения на всей длине, если речь идет о простых формах;

Довольно низкая скорость процесса, ориентированная на скорость отверждения связующего вещества и его температуры, особенно когда используются низкотеплостойкие полиэфирные смолы.

Однако разработки последних лет позволили существенно продвинуться в преодолении этих недостатков разными способами. Тема заслуживает отдельного рассмотрения.

Инжекционная технология

Метод не новый, но с большим списком достоинств, хотя для получения углепластика его используют реже, чем для получения изделий из пластиков.

Суть технологии:

1) Подготовка пресс-формы, включая очистку и обработку антиадгезионным веществом;

2) Укладка армирующих материалов в пресс-форму (или закладных элементов);

3) Соединение пресс-формы жесткой фиксацией;

4) Впрыск под высоким давлением связующего вещества внутрь пресс-формы;

5) Процесс отверждения;

6) Раскрытие и извлечение полученного изделия с использованием сжатого воздуха;

7) Финишная обработка.

Стоит заметить, что для производств такая технология привлекательна низкими энергозатратами и невысокой стоимостью оборудования, а также экологической чистотой процесса, поскольку связующее вещество находится практически в изолированном от внешней среды состоянии.

Технология формования листовых материалов

Этот процесс проходит под высоким давлением. Но, с учетом сложности площади проекции изделий, числовое значение давления может различаться. Этот факт влияет и на конструкцию пресс-формы, и даже на выбор оборудования. Однако это не единственное, что влияет на выбор пресса. Немало требований предъявляется также к металлически формам и к последовательности технологических операций, поскольку в конечном итоге всё это влияет на прочность и внешний вид конечного изделия. И несмотря на то, что повысить прочность изделия также можно выбрав материал с большим содержанием армирующего волокна, технология не исключает дефекты.

Надо также отметить, что при увеличении количества армирующих волокон снижаются реологические параметры композиции — а именно, на поверхности можно видеть волокна, не обработанные связующим веществом.

Но, несмотря на большое количество условий и требований, технология позволяет производить изделия сложных форм за непродолжительное время формования. Однако если требуется получить изделия с высокими параметрами жесткости и прочности, данная технология не используется.

Литье под давлением термопластов с углеродным волокном

Также как и экструзионная технология, литье под давлением сегодня является наиболее распространенным методом для работы с полимерами. С его помощью удается получать изделия из углепластиков, имеющих сложные геометрические формы.

Самые основные нюансы производства такие:

Выбирая марку термопласта или вид полимера, следует ориентироваться на назначение получаемых изделий, поскольку их физические свойства будут напрямую зависеть от содержания и направленности волокон. Это влияет на степень усадки;

По причине малого диаметра, небольшого удлинения и высокого значения модуля упругости волокно из углерода при литье часто ломается. Это нужно учитывать при выборе оборудования;

термопласты из карбона.jpg

Армированные волокном термопласты крайне плохо поддаются сварке. При этом не имеет значения чем армировать — углеродным волокном или стекловолокном. Сварные швы не выдерживают больших нагрузок.

Штамповка термопластов армированных углеродным волокном

Метод схож с методом прессования листовых формовочных материалов с тем отличием, что течение материала во время переработки листовых наполненных термопластов значительно ниже. Кроме этого, метод похож на метод запрессовки между металлическими плитами. В некоторой степени он имеет много общего и с методом вакуумного формования. Но отличается тем, что требует высокого давления и разъемной формы, которая включает в себя позитивную и негативную металлические матрицы.

Заключение

В данной статье приведен далеко не полный перечень технологических методов изготовления композиционных материалов . Работы по разработке новых технологий и усовершенствованию уже имеющихся не прекращаются и сегодня. Мы хотели показать вам, что методов получения углепластиков (карбона) большое множество, и мы постараемся рассказать более подробно о каждом из них.

Вообще, пожалуй, главным недостатком карбоновых изделий является высокая себестоимость самого углеродного волокна. И, тем не менее, это с лихвой компенсируется результатом, а именно — потрясающими эксплуатационными характеристиками.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию