A jövő városa. A széntechnológia forradalmasítja az építőipari piacot. Mi az a szén? Mit csinál a szénszál

Igaz, a nagyság rövid életű. Vasbeton, a legnépszerűbb építőanyag Sajnos a XX rövid időszak szolgáltatást és 5 ezer évet, mint a gízai piramisok, biztosan nem élik túl. Van azonban mód az ilyen szerkezetek élettartamának meghosszabbítására. A moszkvai tudósok tartós "ruhákat" készítettek vasbetonhoz. Most ez az építészeti divat legújabb bepillantása. És nem csak.

Annak ellenére, hogy Robin Hood ideje már rég elmúlt, még mindig jó néhány rajongója van a fa íjnak szerte a világon. De a profi sportolók választanak modern technológiák. Például ez az íj kétszer könnyebb, mint a fa megfelelője, a nyíl kezdősebessége 105 méter másodpercenként, a célzási távolság 100 méter. Ezeket az egyedi tulajdonságokat az anyagnak – szénszálnak – köszönheti, amelyből készült.

Szénszál vagy szénszál - ez az anyag nem csak a sportolók-íjászok és a vadászok körében ismert. Aki már síelt már modern lesikló sílécet, annak a kezében volt a karbon, mert abból készülnek a síbotok. Az autók szerelmesei szénszálas motorháztetőről vagy lökhárítóról álmodoznak, a kerékpárosok pedig egyre gyakrabban választják a karbonvázat az alumínium helyett. Még az olyan közönséges háztartási cikkek esetében is, mint a számítógép-billentyűzet vagy az egér, ahol a szupertulajdonságok haszontalanok, a dizájn „karbonszerűvé” készült. Vannak azonban egész iparágak, ahol lehetetlen nélkülözni ennek az anyagnak a szupertulajdonságait. Például a repülési ipar.

„Itt a repülőgép szárnyának egy eleme látható, amely teljes egészében karbon anyagokból készült új technológia vákuum infúzió. A fő különbség a hagyományos alumínium szárnyhoz képest az, hogy ez a termék teljesen egybe van építve, bármilyen rögzítőelem és kiegészítő összeszerelés nélkül” – mondja. Alekszej Uljanov, a CJSC Aerocomposite technológiai osztályának helyettes vezetője.

- Mennyi a súlya egy hasonló alumíniumból készült alkatrésznek?

- Körülbelül 200 kilogramm.

- Ez körülbelül 50 kilogramm.

A viszonylagos könnyűség ellenére ez a szárnytöredék csaknem 2000 tonnás terhelést is elbír. Ráadásul egy ilyen könnyű szárnyakkal rendelkező repülőgép siklóként képes szárnyalni a levegőben, így a hajtóművek kevesebbet dolgoznak, és ezzel mintegy 40 százalékos üzemanyag-megtakarítás érhető el repülés közben, ami az utasok pénzét jelenti.

„A karbon anyagok előnye, hogy a tervező saját belátása szerint alakíthatja ki a végtermék tulajdonságait különféle alkatrészek összeszerelésével, így itt speciális, repülőgépipar számára tervezett anyagokat használnak, amelyekhez a talajon és a levegőben hőmérséklet-különbség alakul ki. nem játszanak semmilyen szerepet” – magyarázza Alekszej Uljanov.

karbon szövet- így néz ki ez a csodálatos anyag. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a repülőgép szárnyának leendő elemét kivágják belőle, mint valami nagy öltöny ujját. Igaz, egy ilyen hüvelynek sokkal több rétege lesz. Például ebben a részletben nyolcvankettő van.

Hogyan lesz egy látszólag közönséges szövetből olyan erős szerkezet, amely képes ellenállni a több tonnás terhelésnek és az ilyen ütéseknek? Minden az infúziós technológiáról szól. A vágott és formázott anyagot egy vákuummodulba helyezik, majd egy nagy sütőbe küldik. Ott speciális fúvókákon keresztül egy másik fontos komponenst szállítanak - a gyantát, amely a szövet összes rétegét egy monolitba köti. A repülési ipar világelsői, például a Boeing és az Airbus is szénszálat használnak repülőgépeikben, de az Aerocomposite cég moszkvai laboratóriumában kifejlesztett technológia túl kemény számukra. És egy-két év múlva Oroszországnak egyáltalán nem lesz versenytársa ezen a téren.

„Befejezzük két sorozatgyár építését. Egy üzem pontosan az itt látható technológia szerint gyártja le a fő erőelemeket, a szárnydobozokat. Két hónap múlva indítjuk, a próbaüzem kezdete és az UAC és az Aerocomposite első kísérleti szárnya a közepén jelenik meg következő év. A második üzem Kazany városában, amely gépesítési elemeket és felvonókat gyárt majd. Ezt az üzemet osztrák partnereinkkel, a Fischerrel közösen építjük. Mind az orosz programok, mind a Fischer által megbízott kiterjedt exportprogramok esetében működni fog” – mondta Anatolij Gaidanszkij, a CJSC "Aerocomposite" elnöke.

Az egyetlen dolog, amit az orosz gyártók veszítenek ezen a szén-dioxid-mezőn, az maga a szénszál minősége, így a repülőgépgyártóknak továbbra is import alapanyagokat kell használniuk. Azonban hamarosan minden megváltozik. a fővárosban Technopark "Moszkva" Tudósok, mérnökök és tesztelők egész csapata dolgozik versenyképes szénszövetek fejlesztésén és létrehozásán. A moszkvai kormány már régóta megértette, hogy az ilyen innovációk jelentik a jövőt, és megteremtették a legkényelmesebb munkakörülményeket a tudósok számára.

„Ezek a szénszál legújabb mintái, négyszer erősebbek, mint az acél, most szakítógépen bebizonyítom. Ehhez rögzítjük a mintát a terminálokban, és tesztet végzünk. Nos, a mintánk két tonnát bírt” – mutatja Anton Evdokimov, tesztlaboratóriumi mérnök.

- Mi tud ekkora terhelést létrehozni?

- Hasonló terhelések hozhatók létre például két SUV húzásával ezt a mintát különböző irányokba az első fokozatban.

- Kiderült, hogy az acél nem is bírna ekkora terhelést?

- Természetesen nem. Négyszer kevesebb terhelést bírt volna, valahol 500-700 kg-hoz képest, nem többet.

A legmeglepőbb az, hogy ez a szakadás szempontjából legtartósabb anyag folyadékból készül. Pontosabban poliakrilnitrilből.

A poliakrilnitril szál extrudálással készül. Egyszerűen fogalmazva, a polimert egy speciális szerszámon kényszerítik át. Ebben a teljesen homogénnek tűnő fúvókában valójában több száz apró, mindössze hetven mikron átmérőjű lyuk található, ez egy emberi hajszál átlagos vastagsága. Amint leengedjük a vízbe és nyomást gyakorolunk rá, közelebbről nézve vékony, fehéres szálakat láthatunk, amelyek folyamatos sugárban jönnek ki a fonógyűrűből.

Ezeken a forró fürdőkön speciális oldattal áthaladva a polimerszál körülbelül hatszorosára, hetven mikronról tizenkét mikronra vékonyodik. De annak a ténynek köszönhetően, hogy a bennük lévő molekulák bizonyos módon sorakoznak, ez a szál csak erősebbé válik. Ennek eredményeként a poliakrilnitrillel végzett számos művelet után elképesztő metamorfózis következik be, és a folyékony polimer erős rosttá válik.

„Ez nem a végtermék, hanem csak a szénszálgyártás alapanyaga. A szénszál beszerzése előtt ennek a poliakrilnitril szálnak át kell mennie egy magas hőmérsékletű feldolgozási folyamaton, valamint oxidáción, grafitozáson és karbonizáláson” – magyarázza. Elina Bilevskaya, a Composite cég képviselője.

A következő kísérleti nyersanyagtétel kézhezvétele után a kutatók alaposan elemzik a legyártott anyagot, majd módosítják a berendezés beállításait, és újrakezdik a folyamatot. Ahogy mondani szokás, a tökéletességnek nincs határa.

„Az a feladatunk, hogy környezetbarátabb szálat nyerjünk és csökkentsük gyártástechnológiájának költségeit. Ami valójában sikerül is. Az elmúlt év során mintegy száz prototípust fejlesztettünk ki, amelyeket később szénszálas feldolgozásra szállítottunk. Folyamatosan kutatjuk rostjaink kialakulását, valamint közvetlenül a fizikai mechanikai tulajdonságok kapott rost” – mondja Denis Fokin, kutatómérnök.

A moszkvai technoparkban található laboratórium falai közül több legsikeresebb fejlesztést már sikeresen alkalmaznak az építőiparban. Például, szénrost habarcsokhoz, például gáz- és habbetonhoz adják, jelentősen növelve azok műszaki jellemzőit. Cseljabinszkban pedig nem kísérleti, hanem sorozatgyártásban indították el a speciális szénszálas szalagok gyártását, amelyeket vasbeton szerkezetek javítására és megerősítésére használnak. De vajon ez a technológia olyan jó a gyakorlatban, mint a szavakban? Most megtudjuk.

Végezzünk demonstratív kísérletet. Képzeld el, hogy ez két közúti híd. Valójában ez a legáltalánosabb, 30 centiméteres fából készült vonalzó. És mellette egy fából készült vonalzó is, de egyrészt szénszál erősítésű. Kezdjük tehát a kísérletet. Először teszteljük fahídunkat. A harmadik téglán eltörik. Most nézzük meg a vonalzót szénszállal. Egy tégla, kettő, három, négy - a vonalzó nem tört el, a hídtámaszok eltörtek. Most már meg vagyok győződve arról, hogy a szénszál erősítésű szerkezet sokkal erősebb.

Tipikus moszkvai sokemeletes épület. A ház jó állapotúnak tűnik, külső megjelenésében nincs nyoma komolyabb sérülésnek. Ezek azonban már megtörténnek. A ház pincéjében a tartószerkezeteken repedések jelentek meg. Bár nem nagy, de már nagyon veszélyes. Ha nedvesség kerül a belsejébe, a fém megerősítése rozsdásodik, maga a beton tágulni kezd, korrodálódik, és a mennyezet beomolhat.

„Hogy ezek a repedések ne jelenjenek meg újra, és ez ne nyíljon ki még jobban, megerősítjük. Jelenleg egy hasonló helyszínen dolgozunk” – mutatja Aleksey mérnök.

Így menthet meg valójában bárkit vasbeton szerkezet a pusztulástól és káros hatások külső környezet. Itt a ház alagsorában valójában ugyanazt a technológiai folyamatot hajtják végre a szénszál előállítására, amelyet a repülőgép-alkatrészek gyártásánál láttunk. Csak itt a kötőgyantát közvetlenül a betonra hordják fel. A kezelt felületre egy kívánt szélességű szénszálas szalagot hengerelünk, és a tetejére egy újabb epoxiréteggel vonjuk be. Néhány óra elteltével, amikor a gyanta megkeményedik, a vasbeton padló felületén lévő repedéseket már megbízhatóan védi egy három milliméter vastag szénszálas réteg.

„Ennek a technológiának az a nyilvánvaló előnye, hogy egy háromfős csapat négy óra alatt teljesítette az átfedés ezen szakaszát. Ha az erősítés klasszikus módszerekkel, például fémkeretekkel történne, körülbelül három napig tartana, és öt év múlva, ebben a nyirkos pincében a fém ismét korrodálódni kezdene, vissza kell mennünk és újra kell csinálnunk. ”, magyarázza Alekszej az építő.

Ennek a technológiának az építőiparban való alkalmazási köre óriási. Vasbeton födémek javítása, számos híd és felüljáró tartóinak megerősítése. Mivel a szénszál nem fél a vízi környezettől, így gátak és földalatti közművek építésénél és technológiai karbantartásánál is használható. Azonban nem sok építőipari cég kész széles körben felhasználni ezt az anyagot. A helyzet az, hogy sem a GOST-okat, sem az SNiP-ket még nem fejlesztették ki teljesen a szénszál oroszországi felhasználására. Még az építőipari szakos egyetemeken is hagyományos anyagokat - fát, téglát, vasbetont - tanítanak a hallgatóknak. Amint ez a sajnálatos hiányosság megszűnik az oktatási és szabványosítási rendszerben, a múlt számos építészeti alkotása végre szilárd, szén-dioxid-lehetőséget kap egy második fiatalságra.

Mi az a szén?

A szén egy műszaki szövet, amely több ezer egymásba fonódó szénszálból áll, amelyek ugyanazt a szövetet alkotják. A szénszál a felhasználási céltól függően sokféle szövésben kapható, és csak egy része a mindenki által kompozit anyagként ismert többrészes építőanyagoknak. A kompozitok olyan alkatrészekből készülnek, amelyek egyesítik a különböző anyagok minőségét, és a cél a merevség hiánya vagy a szilárdság elérése. Szénszál, üvegszál, kevlár vagy más hasonló szövetek esetében a szóban forgó kompozit anyagot FRP-nek (Fiber Reinforced Polymer) nevezik. Egy ilyen polimer gyártása során a szövetet a gyantás alátétréteg szerkezeti merevségének „megerősítésére” használják. A gyanta szilárdságot ad a kompozitnak, míg a szén szerkezeti integritást ad az egyébként törékeny műanyagnak.

Hogyan készül a szén?

A szén (szénszál), ahogy a neve is sugallja, csak szénből álló szövet, amelynek összetétele nem tartalmaz más elemeket. De egyszerűen szénszálból és szálszövésű szövet létrehozásából elkezdeni a gyártást valódi, de megfoghatatlan bravúr lenne. A textilgyárak szénszálas alapanyag helyett bonyolultabb molekulaösszetételű műanyagokkal kezdik, ahol a szál vastagsága kisebb, mint az emberi hajszál vastagsága. Ezután számos konkrét műveletet kell végrehajtani, a hőkezeléstől a vegyi kezelésig. Ezeknek az összetett folyamatoknak a végeredménye a polimer anyagok összetételének a legempirikusabb formájára - a tiszta szén formájára - finomítása.

A szénszálakat gyakran több kritérium alapján mérik és értékesítik, például a szövés típusa, az abszolút értékek (egy szál szilárdságának mértéke) és a szövet súlya alapján. Minden mérés uncia per négyzetméter, plusz a szálak száma (általában 3000 és 12000 szál között van).

Melyek a szövés fajtái?

Egyirányú szövés:

Az egyirányú szövés azt jelenti, hogy az összes szénszál (szál) ugyanabba az irányba van irányítva. Az ilyen stílusú szövés szabad szemmel nem látható. Mivel nincs szövés mint olyan, a szál szálait valahogyan össze kell tartani. És ebben az esetben egy másik szálat átlósan vagy merőlegesen kell húzni, hogy a szövet sima és egyenletes maradjon (és ez a szövőelem nem szerkezeti). A szövet csak egyirányú merevsége miatt ezt a szövésfajtát ritkán alkalmazzák az autósportokban, ahol a terhelés bármely irányba mehet.

Kétirányú szövés szálak:

A kétirányú szénszál az alapvető és legelterjedtebb szövésfajta. A szálak a kívánt szögben összefonódnak egymással, aminek köszönhetően a szövet „sakktábla” szerkezetet kap, ahol a szövet szálait oldalra és függőlegesen helyezik el. Ebben az esetben minden szálat úgy irányítanak, hogy a terhelést bármilyen irányba lehessen alkalmazni, miközben a kompozit anyagnak meg kell őriznie szilárdságát.

Szövés átlósan ketté-két szálon

Az átlósan két-két szálban történő szövés a szénszövés legelterjedtebb fajtája, amelyet széles körben alkalmaznak a motorsportokban. Ez a szövés egy kicsit bonyolultabb, mint a kétirányú szál, mivel két szál halad át a másik két szálon, vagy egy kettőn, vagy kettő egy felett. A szálak összefonódása eredményeként halszálkás minta jön létre az anyagon. Tekintettel arra, hogy a két-két szál átlós szövése mind a függőleges, mind a vízszintes szálakkal (lánc- és vetülékfonal) megy, az anyag nagyon rugalmassá válik, és különféle összetett formákat tud felvenni. Ha ilyen típusú szénszövéssel dolgozik, nincs szükség olyan munkákra, mint a "csomózás", "nyújtás" vagy vágás.

Szövés átlósan négy-négy szálban

Hasonlóan az átlósan kettő-két, azaz négy-négy szálon történő szövéshez, ez a típus a kétoldalas átlós szövésre utal, ahol egy köteg négy szálat tartalmaz. Emiatt a szövet nem olyan sűrű, mint a két szál feletti két szövésnél, de ívelt felületek esetén jobb fedési arány érhető el, mivel nagyobb a távolság a tényleges felül- és alászövési pontok között, ami nagyobb. hatékony, mivel ebben az esetben kevésbé kemény varratok. Ez megkönnyíti az íves öntvények karbonizálását.

Gumírozott szövés

A gumírozott szénszövet a szövetkészítés egy nagyon specifikus módja, amely sokkal kevésbé elterjedt az általunk tárgyalt összes szövéstípushoz képest. A szálak gumírozott szövése azt jelenti, hogy minden szál 3000-12 000 szálból áll, mindegyik szál szorosan egymás után van elhelyezve, így a legvékonyabb szénszalagot alkotják. A szabványos szálakat több réteg szénszál köti össze. A gumírozott szövet a széles nyitott területek jelenlétéről azonosítható. A lépcsőzetes, kétirányú szénszál gumírozott szövetszerkezettel egy hüvelykes négyzeteket hoz létre.

Mivel ezeknek a szövési területeknek a nagy mérete miatt a szövet veszít sűrűségéből, a szövés pontjai "felül és lent" nagy távolságra vannak egymástól. Így a szálak keresztezési pontjai egymástól távol helyezkednek el, az irányváltások gyakorisága nagymértékben csökken, és a szövet sokkal jobban tud tapadni a felülethez.

Az angol anyagok és polimerek beszállítója, a weboldalon leírtak szerint „a gumírozott szövetek egyre népszerűbbek a csúcstechnológiás kompozitiparban, hihetetlenül lapos profiljuk miatt, amely gyakorlatilag kiküszöböli az úgynevezett „másolat-effektust” és a megjelenítés hatását. egy bizonyos textúra a tökéletes simaságot igénylő felületeken (például repülőgép szárnyai).

Mivel a szövetréteg sokkal vékonyabb, lehetséges egy réteget egy másik rétegre rétegezni, és ezáltal elérni a szükséges szilárdsági jellemzőket. Ezt a fajta karbont gyakran használják azokon a területeken, ahol az aerodinamikai teljesítmény felülmúlja az erőt. Gumírozott szövet van kinézet, a standardtól eltérő, ami azonnal vagy szerelmet, vagy gyűlöletet okoz.

Különféle gyanták

A szénszövet csak az egyik összetevője annak a kompozit anyagnak, amelyre a motorsportról és a pályaversenyzésről beszélünk. Egy másik fontos komponens a gyanta, amely magát a szövetet dúsítja és tényleges merevséget ad neki. A gyantákat különféle polimer "edényekben" használják. A két leggyakrabban használt anyag az epoxi és a poliészter gyanta. Aki dolgozott már üvegszállal pusztán szörfdeszkája vagy autóalkatrésze javítása érdekében, tudja, hogy ez a gyanta valódi probléma lehet. Az illékony szerves vegyületek (VOC) azok a füstök, amelyek sokféle gyanta jellemzői, bár vannak szabadon beszerezhetőek, amelyek nem használják ezeket a vegyszereket, amelyek károsíthatják az agyat. Szinte mindenki ismeri a gyantával végzett munka hátterét, ha a megfelelő termékeket használják. személyi védelem nem használják, de túlérzékenység és allergia alakul ki. És ezek az esetek annyira mindennapossá váltak, hogy gyakran hallunk vicceket olyan emberekről, akik nem tudnak ott lenni a helyiségben, ahol a gyantán dolgoznak.

Epoxi gyantával

Az epoxigyanta a leggyakoribb többcélú szerkezeti gyanta. Mint szinte minden típusú gyanta esetében, ez is gyanta és katalizátor kétrészes oldata. A reakcióidő változó, de közvetlenül függ a környezeti feltételektől. Szavatossági idő ( munkaidő), általában öt és harminc perc között van. Általában a termikus expozíció mindig felgyorsítja az „érési” folyamatot, de a teljes kötési folyamat általában nem több, sem kevesebb, hanem egy egész nap (24 óra) időtartamot vesz igénybe - ha a keveréket semmilyen módon nem befolyásolja. A poliészter gyantához képest az epoxigyanta tartósabb, de türelmet igényel a vele való munkavégzés.

poliészter gyanta

A poliésztergyanta az epoxi olcsóbb alternatívája, gyorsabb kötési idővel. Az easycomposites.co.uk szerint főleg olyan helyzetekben használják, ahol a szerkezeti integritás kevésbé fontos, mint az esztétika: a megjelenés, az UV-állóság és az ár a legfontosabb.

Prepreg (előre impregnált szövet)

Egyes szénszövetek előállíthatók gyantaoldattal előre impregnálva, ahol a hőkezelés katalizátorként működik. A prepregeket számos kompozit iparágban használják, mivel alkalmazásuk nem igényel bonyolult folyamatokat, és a közvetlen munkavégzés során a rendetlenség minimalizálódik: csak össze kell keverni a gyantákat, és rétegesen le kell fektetni a nedves szövetet.

A prepreg anyagok azokban az iparágakban is a választott anyagok, ahol a súly fontos szerepet játszik. Ilyen területek a repülés, ahol az alkatrészek tömegének nagy része gyantában van, és nem szövetben. A szövet gyantával való alapos és egyenletes impregnálásához szükséges minimumot figyelembe véve a prepreg a legerősebb és legkönnyebb konstrukció létrehozásához használható.

Gyártási folyamat

nedves számítások

Hagyományosan a kis részeket nedves állapotban rakják ki, homorú formával együtt, majd parafát készítenek (de ez egy másik történet). A száraz kendőt a forma belsejébe helyezzük. A gyantát ecsettel hordjuk fel, amíg az anyag teljesen át nem ázik vagy telítődik vele. A következő szövetrétegeket az első réteg tetejére helyezzük, miközben figyeljük a szövés irányát: kétirányú szövés esetén 45 fok, twill anyag esetén 90 fok. Ha a szövetrétegek iránya nem egyezik, a kimeneti rész elveszti merevségét az egyik tengelyen, és túlságosan megerősödik a másik tengelyen.

Miután így annyi szövetréteget fektettünk le, amennyi szükséges a kívánt vastagság eléréséhez, a felesleges gyantát egy kaparóval lekaparjuk, mintha vizet távolítana el a szélvédőről. Az alkatrészt ezután alacsony nyomású vákuumzsákban dolgozzák fel. Ennek eredményeként a gyanta kitölti az összes fennmaradó légüreget, ezáltal kiszorítja a legkisebb légbuborékokat, és a felesleges gyanta eltűnik.

Egyes esetekben ezeket a manipulációkat fordított sorrendben hajtják végre. A száraz szövetet vákuumzacskóba csomagolják a formába, és csak ezután hordják fel a gyantát. Ennek a módszernek köszönhetően hiányzik a hulladék és a szennyeződés. Az utolsó lépés a hőkezelés. Minden alkatrészt nyomás alatti sütőben, az úgynevezett autoklávban "sütnek" meg, és a gyanta teljesen megköt.

Bár a legtöbb nem fér hozzá speciális berendezésekhez, az olyan eljárások, mint a vákuumzacskózás és az autoklávozás, nem kötelezőek olyan munkadarabok esetében, amelyek szerkezetének nem kell megfelelnie bizonyos követelményeknek.

Alkalmazások

A szén-dioxid lendületet kapott az autóiparban. Az utángyártott piacon a szén a leggyakrabban használt anyag az alkatrészek bevonására. Karosszériaelemek, belső kárpitelemek – és mindez szénszálból készült, ami előkelő megjelenést kölcsönöz az autónak. Funkcionálisan a szénszálas alkatrészeket szinte minden területen használják – az autóipartól kezdve a hajógyártáson át a repülésig.

A karbont a versenyülések, a hajtótengelyek, a biztonsági elemek, például a sisakok és a támlák (fejtámlák) építésénél használják, és még az összetett rugós technológia is kezdi használni a szenet a felfüggesztési rendszerekben.

A szén nem csodaszer

A szén vonzereje sokak számára olyan erős, hogy manapság hajlamosak visszaélni ezzel az anyaggal olyan alkalmazásokban, ahol legjobb megoldás még mindig fémötvözet. A szén, és különösen a gyanta nem működik jól magas hőmérsékletű környezetben, hőpajzsokban, kipufogórendszer-alkatrészekben vagy bármely más motoralkatrészben. Ha ezekben az esetekben szenet választanak kiindulási anyagként, akkor az üzemi körülményeket nagyon alaposan meg kell értékelni. Vannak hőálló gyanták, de alkalmazási körük még mindig korlátozott.

ütésállóság

A Carbon büszkélkedhet azzal, hogy ez a (már fülbemászó) kifejezés teljes mértékben megfelel a lényegének: minél könnyebb az alumínium, annál erősebb az acél. Bár ez valóban igaz, fontos megérteni, hogy szakítószilárdságról beszélünk, nem pedig szívósságról vagy merevségről. Mérnöki szempontból a "szívósság" egy szakkifejezés, amely a kopásállóságra utal, mivel ez a kompozit réteges poliészterrel van megerősítve, amelynek ütésállósága alacsony. És még a gyenge pont beütése is hámláshoz és a végén az anyag meghibásodásához vezethet. Emiatt a karbon nem használható kopásálló vagy újrafelhasználható nyerges alaplemezek kielégítő minőségű előállítására, különféle felfüggesztési alkatrészek gyártására, vagy bármilyen más, maximális terhelés mellett működő alkatrész előállítására.

Vezetőképesség

A szén vezető anyag! A tiszta szén rendkívül hatékonyan képes önmagában átadni a hőt. Például egy karbonból készült autó motorházteteje nagyon gyorsan felmelegedhet a napon több száz fokra. Az UV-sugarak károsíthatják a kompozitot, sárgás árnyalatot adhatnak, vagy a gyanta megrepedhet, ezért a vetemedés gyakori hiba. A repülésben sok szénszálas alkatrészt fényes fehér festékkel készítenek, mivel az UV-sugárzás hatására keletkező hő deformálhatja a vázat, és negatív hatással van az aerodinamikai teljesítményre. Ráadásul az UV-sugarak valamilyen módon megváltoztathatják a repülőgép szerkezetét.

A szén elektromosan vezető anyag is. Lehet, hogy zavarba jön, hogy egy műanyag alapú kompozit hogyan válhat hirtelen elektromosan vezetővé, de egy tiszta szénszövet sajátos utat „tűz” az elektromosság felé, még akkor is, ha a szén szigetelő polimerrel van dúsítva. Amikor karbont választ az elektronika felületeként vagy hűtőventilátor-burkolatként, ügyeljen arra, hogy legyen olyan földelés, amely nem „menne át” a karbonon. Egy anekdota az életből: tanúi lehettünk egyszer egy Geiser Trophy teherautó tulajdonosának a motorjában majdnem kigyulladt tűznek, mert egyszerűen nem hitte el, hogy a szén vezető anyag, a gyanta tüze pedig nem tréfa számodra.

Munka szénnel

Ha az üvegszál valaha is érintkezett a bőrével, akkor tudja, milyen irritálóak ezek a részecskék, amelyek a szem számára láthatatlanok. A szén pedig sokkal rosszabb! Ne érintse meg puszta kézzel a szénszálak szakadt széleit és az apróra vágott rostokat.

Ha szénszövetet rendel, fontos, hogy az csomagolópapírhoz hasonló tekercsben legyen. A hajtogatott karbon gyűrődéses lesz, és ennek eredményeként a krimpelt szálak szerkezeti integritása sérül. Kövesse ezeket az utasításokat, amikor az anyaggal dolgozik, és tartsa tisztán az anyagot, hogy elkerülje a por és a zsíros ujjlenyomatok megjelenését, miközben biztosítja a leghelyesebb felszerelést. A gyantát kis tartályokban kell keverni, ami a norma. Legyen óvatos, a gyantát nem szabad viasszal bevont edényekben keverni. A viasz reakcióba lép a gyantákkal, amitől a gyanta megkeményedik. A gyanta megszilárdulása egy exoterm reakció, ami azt jelenti, hogy melléktermékként hőt fecskendeznek be kémiai reakció. Nagy mennyiségű gyanta keverésekor ügyeljen arra, hogy a felesleges gyanta ne kerüljön az éghető anyagok tárolására szolgáló területre, ellenkező esetben nagy a tűzveszély.

Következtetés

Az alapvető ismeretek mennyisége, amelyeket ebben a cikkben nem is érintettünk, egyszerűen hatalmas. De ezt reméljük általános áttekintés segített jobban megérteni, mi az a szén. Rendkívül sokoldalú és strapabíró anyag, ha óvatosan kezeljük. De ha helytelenül használják, igazi tövis lesz a szemében. Az egyszerű alkatrészeket otthon elkészíteni nem nehéz, de készüljön fel arra, hogy az üvegszálhoz képest kicsit több időt tölt vele. Mindent mérlegeljen a projektben – a célokat, a költségvetést. És csak ezután döntse el, hogy a szén az-e a helyes választás vagy csak esztétikát szeretne adni autójának?

Az adatok a következő oldalról származnak: tourerv.ru

Ismeretes, hogy a szakítószilárdság szilárd, saját tömegéhez viszonyított mutatója, amellyel a szénszál rendelkezik, az anyag egyedülálló eredménye, és fényes kilátásokat nyit a nemzetgazdaságban való felhasználásra. A szén felhasználása a modern építőiparban még nem terjedt el széles körben, bár a szén beszerzése jelenleg nem nehéz. De az egyszerű és megbízható alkalmazási módszerek hosszúnak ígérkeznek.

Szénrost

A szénszálak első előállítását a viszkózszál pirolízise és a filamentumok előállításának eredményeként Edison szabadalmaztatta a 18. század végén.

A rostok iránti megnövekedett érdeklődés a 20. században jelent meg a rakéta- és repülőgép-hajtóművek gyártásában használt kompozit alkatrészek anyagának keresése eredményeként.

Tulajdonságait tekintve: hőállóság és hőszigetelő tulajdonságok, valamint korrózióállóság a szénszál nem volt egyenlő.

A poliakrilnitril (PAN) szálak első mintáinak jellemzői nem voltak magasak, de a technológia fejlesztése lehetővé tette 2070 MPa szénszálszilárdságú és 480 GPa rugalmassági modulusú szénhidrogénszálak előállítását.

Manapság a szénszál vagy szénszál széles körben alkalmazható az építőiparban:

• külső erősítő rendszerhez
• raktárak és hidak, ipari és lakóépületek teherhordó szerkezeteinek javítására.

A szénszálas termékek alkalmazása lehetőséget ad az építőipari tevékenységre, összehasonlítva meglévő módokonújjáépítés vagy megerősítés, gyorsan és hatékonyan.

A szén-dioxid vívmányairól szóló történet azonban hiányos lenne, ha nem is beszélve a repülőgépalkatrészek gyártásában való felhasználásáról.

A hazai repülőgépgyártók eredményei egészséges versenyt jelentenek a Boeing 787-es alkatrészeket gyártó Mitsubishi Heavy Industries számára.

Termékek gyártása polimer anyagból

Polimer anyag - a szén egy 5-15 mikron átmérőjű finomszálas szál, amelyet szénatomok alkotnak és mikrokristályokká egyesülnek. A kristályok orientációja közbeni igazodás az, ami a szálaknak jó szilárdságot és enyhe nyúlást ad fajsúlyés hőtágulási együttható, kémiai tehetetlenség.

A PAN szálak előállításának gyártási folyamatai az autokláv technológiához és az ezt követő impregnáláshoz kötődnek a gyantával való megerősítéshez. A szénszálat műanyaggal (prepreg) és folyékony műanyaggal impregnálják, nyomás alatt megerősítve a szálakat.

A fizikai jellemzők szerint a szénszálakat típusokra osztják:

• nagy szilárdságú szénszálak (12000 folytonos szál összetétele)
• általános célú karbonizált szénszálak (2 vagy több szálból álló, legfeljebb 100 mm hosszú sodrott szál).

Az anyagtermékekkel megerősített szénszálas szerkezetek 30%-kal csökkentik a szerkezet súlyát, a kémiai tehetetlenség pedig lehetővé teszi a szénszövetek szűrőként való használatát az agresszív folyadékok és gázok szennyeződésektől való megtisztításakor.

A szénszál gyártását mutatja be ez a videó.

Szénszálas termékcsalád

karbon szövetek

A nagy modulusú szénszálból készült fő termék egy 1,6-5,0 mm vastagságú, szőtt, sima szövésű szerkezetű, 520-560 g/m² sűrűségű szénszövet.

A nulla lineáris tágulási együtthatójú szénszövetek nagyon ellenállnak a deformációnak és a korróziónak.

A szabványos karbon szövetek jellemzői:

A szénszövetek paraméterei a következők:

• szalagszélesség 1000-2000mm
• széntartalom 98,5%
• sűrűsége 100-640 g/m2
• vastagsága 0,25-0,30 mm.

A karbon szövetek mellett a nagy modulusú szálak fő termékei a szalagok és zsinórok.

Megkülönböztetni a következő típusok szénszálas szövetek szövése, amelyek bizonyos mértékig befolyásolják a termék mobilitását:

• vászon szövés úgy jön létre, hogy minden egyes láncfonalat egy 1/1-es vetülékfonallal összefonnak, jobb anyagerőt és mozgást biztosítva
• szatén szövés, amelyben egy vetülékszál 4-5 láncfonalat fon össze, csökkentve az anyag erős meghajlásának lehetőségét
• twill olyan szövés, amelyben ugyanannyi láncfonalat ugyanannyi vetülékszál fed le.

A sávolyfonás lehetőségére példa a sokszínű szénszövet. A többszínű szénszövetet sikeresen használják kevlár ruházat és higroszkópos és légáteresztő dolgok létrehozására. A különböző sűrűségű és szerkezetű műszaki szálakból készült kevlár már belépett az autó- és hadiipar mindennapjaiba, kiszorítva az üvegszálat és az acélt.

A szénszál előnyei egyértelműen kifejeződnek a szénszálas termékekben.

szénszálas termékek

A karbonizált szálból készült termékek köre tovább bővült, és a következők képviselik:

• szénszövet karbonizált RK-300 (üvegszövet-helyettesítő)
• szövet egyoldalas alumínium bevonattal RK-300AF (a termikus árnyékolásnak köszönhetően javított tulajdonságok lehetővé teszik a szénszálak hőszigetelő csomagolóanyagként történő használatát)
• szén építőanyag 1k, 3k, 6k, 12k, 24k, 48k
• karbonizált szalagok és zsinórok.

A szénből vagy karbonizált szálból készült szőtt vászon kiváló erősítő funkciókat lát el, függetlenül a töltőanyag típusától.

Ezen kívül karbonizált szálak felhasználásával EMP-elnyelő képernyők, hőelemek és elektródák, valamint rádiótechnikai termékek készülnek.

szénerősítésű medencék gyártása

A szénerősítésű medencék gyártásánál a technológia magában foglalja azt a szakaszt, hogy a kerámiaréteghez szénerősítést, fabalzsát és habgumit adnak. A medencecsésze karbonerősítésű kettős keretének elkészítésének alapja a megszerkesztett terhelési diagramok és az anyag megengedett feszültségei voltak.

Arra a következtetésre jutottunk, hogy a szénszál használatának növekvő népszerűsége a jövőben kiszoríthatja az erősítőanyagokat a piacról.

A CFRP egy összetett többrétegű anyag, amely szénszálak hálója hőre keményedő polimer (általában epoxi) gyanta, szénszál-erősítésű polimer héjában.

A Carbon nemzetközi elnevezése szén, amelyből szénszálakat nyernek.

De jelenleg a szénszálak közé tartozik minden, amiben a hordozóanyag szénszál, de a kötőanyag eltérő lehet. A szénszál és a szénszál egyetlen kifejezésben kombinálva, zavart keltve a fogyasztók fejében. Vagyis a szén vagy szénszál egy és ugyanaz.

Ez egy innovatív anyag, amelynek magas költsége a munkaigényes technológiai folyamatnak és a kézi munka nagy részarányának köszönhető. A gyártási folyamatok fejlesztésével és automatizálásával a szén ára csökkenni fog. Például: 1 kg acél ára kevesebb, mint 1 dollár, 1 kg európai gyártmányú szénszál körülbelül 20 dollárba kerül. A költségek csökkentése csak a folyamat teljes automatizálásával lehetséges.

A szén alkalmazása

A szénszálat eredetileg a sportautóipar és az űrtechnológia számára fejlesztették ki, de kiváló teljesítményi tulajdonságainak köszönhetően, mint például a kis tömeg és a nagy szilárdság, más iparágakban is elterjedt:

• a repülőgépiparban
• sportfelszerelésekhez: klubok, sisakok, kerékpárok.
• horgászbotok,
• orvostechnika stb.

A szénszövet rugalmassága, kényelmes vágásának és vágásának lehetősége, valamint az ezt követő epoxigyantával történő impregnálása lehetővé teszi bármilyen alakú és méretű széntermékek készítését, függetlenül attól, hogy függetlenül attól. A kapott nyersdarabok csiszolhatók, polírozhatók, festhetők és flexonyomtathatók.

A szén műszaki jellemzői és tulajdonságai

A CFRP népszerűsége egyedülálló teljesítményjellemzőinek köszönhető, amelyeket a tulajdonságaikban teljesen eltérő anyagok egy kompozitban - egy szénszövet, mint hordozóalap és kötőanyag - kombinálásával nyernek.

Az összes szénszáltípusra jellemző erősítő elem a 0,005-0,010 mm vastagságú szénszál, amely feszítésben remekül működik, de kis hajlítószilárdságú, vagyis anizotróp, csak egy irányban erős, ezért felhasználásuk csak egy irányban indokolt. háló formájában.

Ezenkívül a megerősítés gumival is elvégezhető, amely szürke árnyalatot ad a szénnek.

A szén- vagy szénszálat az acélhoz képest nagy szilárdság, kopásállóság, merevség és kis tömeg jellemzi. Sűrűsége 1450 kg/m³ és 2000 kg/m³ között van. A szénszál műszaki jellemzői sűrűségben, olvadáspontban és szilárdsági jellemzőkben tekinthetők meg.

Egy másik erősítésre használt elem a szénszálakkal együtt. Ezek ugyanazok a sárga szálak, amelyek a szénszál egyes fajtáiban láthatók. Egyes gátlástalan gyártók a színes üvegszálakat, a festett viszkózszálakat, polietilént kevlárként adják át, amelyeknek a gyantákkal való tapadása sokkal rosszabb, mint a szénszálaké, és a szakítószilárdsága is többszöröse.

A Kevlar egy amerikai márkanév a poliamidokhoz, a lavsanhoz kapcsolódó aramid polimerek osztályára. Ez a név már az ebbe az osztályba tartozó összes szálra ismertté vált. A merevítés növeli a hajlítási terhelésekkel szembeni ellenállást, ezért széles körben használják szénszálakkal kombinálva.

Hogyan készül a szénszál

A legfinomabb szénszálakból álló szálakat polimer vagy szerves szálak (poliakrilnitril, fenol, lignin, viszkóz) levegőben történő hőkezelésével, azaz oxidációjával nyerik 250 °C-on 24 órán keresztül, azaz , gyakorlatilag elszenesedésük által. Így néz ki egy szénszál mikroszkóp alatt elszenesedés után.

Az oxidáció után karbonizálódik - a szál melegítése nitrogénben vagy argonban 800 és 1500 ° C közötti hőmérsékleten, hogy a grafitmolekulákhoz hasonló szerkezeteket építsenek fel.

Ezután ugyanabban a közegben, 1300-3000 °C hőmérsékleten grafitizálást (széntelítést) végeznek. Ez a folyamat többször megismételhető, megtisztítva a grafitszálat a nitrogéntől, növelve a szén koncentrációját és megerősítve azt. Minél magasabb a hőmérséklet, annál erősebb a rost. Ezzel a kezeléssel a szál szénkoncentrációja 99%-ra emelkedik.

A szénszálak fajtái. vászon

A szálak lehetnek rövidek, vágottak, azokhívott"tűzött", és az orsókon folyamatos szálak lehetnek.Ezek lehetnek kócok, fonalak, előfonatok, amelyekből aztán szőtt ill nem szőtt anyagbólés szalagok. Néha a szálakat összefonódás (UD) nélkül polimer mátrixba fektetik.

Mivel a szálak nagy feszültségűek, de szegények a hajlításban és összenyomódásban, a szénszálak ideális felhasználási módja szénszövetként történő felhasználása.

Különféle szövésekkel nyerik: halszálka, szőnyeg stb., amelyek nemzetközi nevei Sima, Twill, Szatén. Néha a szálakat egyszerűen elfogják nagy öltésekkel, mielőtt gyantával töltik fel őket. Jobb CFRP számára tovább Műszaki adatok A szál és a szövés nagyon fontos a jó minőségű szén előállításához.

Hordozóalapként leggyakrabban azokat használják, amelyekben a szövetet rétegesen fektetik le, a szövés irányának változtatásával, hogy egyenletesen osszák el az orientált szálak mechanikai tulajdonságait. Leggyakrabban 1 mm-es szénszálas lemezvastagság 3-4 réteget tartalmaz.

A szénszál előnyei és hátrányai

A szén magasabb ára az üvegszálhoz és az üvegszálhoz képest a bonyolultabb, energiaigényesebb többlépcsős technológiának, a drágább gyantáknak és a drágább berendezéseknek (autoklávnak) köszönhető. De a szilárdság és a rugalmasság is magasabb, sok más tagadhatatlan előnnyel együtt:

• 40%-kal könnyebb, mint az acél, 20%-kal könnyebb, mint az alumínium (1,7 g/cm3 – 2,8 g/cm3 – 7,8 g/cm3),
• a szén és a kevlár szén egy kicsit nehezebb, mint a szén és a gumi, de sokkal erősebb, és ütközéskor megreped, összeomlik, de nem morzsolódik darabokra,
• magas hőállóság: a szén 2000 ○С hőmérsékletig megtartja alakját és tulajdonságait.
• jó rezgéscsillapító tulajdonságokkal és hőkapacitással rendelkezik,
• korrozióállóság,
• nagy szakítószilárdság és nagy szakítószilárdság,
• esztétika és dekoráció.

De a fém- és üvegszálas alkatrészekhez képest a szén-alkatrészeknek vannak hátrányai:

• pontszerű ütésekre való érzékenység,
• a helyreállítás bonyolultsága forgácsokkal és karcokkal,
• fakulás, napfény hatására fakul, védelem céljából lakkozott vagy zománcozott,
• hosszadalmas gyártási folyamat
• a fémmel való érintkezési pontokon fémkorrózió kezdődik, ezért ilyen helyeken üvegszálas betéteket rögzítenek,
• az újrahasznosítás és újrafelhasználás összetettsége.

Hogyan készül a szén

A szénszálból készült termékek előállításának a következő főbb módszerei vannak.

1. Préselés vagy "nedves" módszer

A vásznat öntőformába fektetik, és epoxi- vagy poliésztergyantával impregnálják. A felesleges gyantát vákuumformázással vagy nyomással távolítják el. A terméket a gyanta polimerizációja után eltávolítjuk. Ez a folyamat végbemehet természetes úton vagy melegítéssel felgyorsulva. Általában egy ilyen eljárás eredményeként lemezszénszálat kapnak.

2. Öntvény

Egy termékmodell (mátrix) gipszből, alabástromból, poliuretán habból készül, amelyre gyantával impregnált szövetet helyeznek el. Hengerekkel történő hengerléskor a kompozit tömörítésre kerül, és a felesleges levegőt eltávolítják. Ezután vagy gyorsított polimerizációt és kemencében történő kikeményítést, vagy természetes eljárást hajtanak végre. Ezt a módszert "száraznak" nevezik, és a belőle készült termékek erősebbek és könnyebbek, mint a "nedves" módszerrel készültek. A "száraz" módszerrel készült termék felülete bordázott (ha nem volt lakkozva).

Ebbe a kategóriába tartozik még a lapból készült öntés – prepreg.

A gyantákat, a növekvő hőmérséklet melletti polimerizációs képességük szerint, "hideg" és "meleg" csoportokra osztják. Ez utóbbiakat a prepreg technológiában alkalmazzák, amikor a félkész termékeket több rétegű, gyantával bevont szénszál formájában készítik. A gyanta márkájától függően akár több hétig is tárolhatók polimerizálatlan állapotban, polietilén fóliával átlapolva, és a tekercsek között áthelyezve eltávolítják a légbuborékokat és a felesleges gyantát. Néha a prepregeket hűtőszekrényben tárolják. A termék formázása előtt a munkadarabot felmelegítik, és a gyanta ismét folyékony lesz.

3. Tekercselés

A cérnát, a szalagot, a szövetet egy hengeres nyersdarabra tekerik fel széncsövek gyártásához. A gyantát ecsettel vagy hengerrel rétegesen felhordjuk, és lehetőleg kemencében szárítjuk.

A felhordási felületet minden esetben leválasztószerekkel kenjük be, hogy a kikeményedés után könnyen eltávolítsuk a keletkező terméket.

Lehetséges-e szénszálat készíteni saját kezűleg?

A szénszál alapú termékek önmagukban is formázhatók, amelyet régóta sikeresen alkalmaznak kerékpárok, sportfelszerelések javításában és autótuningban. A gyanta töltőanyagaival való kísérletezés lehetősége, átlátszóságának mértékével, széles teret biztosít a kreativitás számára a szénnel történő autótuning rajongói számára. Bővebben olvashat a karbon alkatrészek gyártásának fő módszereiről.

A fent leírt technológiából következően a formázáshoz szükséges:

• mátrix alak,
• szén szövet,
• kenőanyag a formához a kész munkadarab könnyű eltávolításához,
• gyanta.

Hol lehet szénszálat szerezni? Tajvan, Kína, Oroszország. De Oroszországban ez a "szénszálon alapuló nagy szilárdságú szerkezeti szövetekre vonatkozik". Ha megtalálja az utat a vállalkozáshoz, akkor nagyon szerencsés. Sok cég kínál "Do It Yourself" készleteket az autók és motorkerékpárok szénszálas díszítéséhez, beleértve a szénszáldarabokat és a gyantát.

A szénszövet globális piacának 70%-át a tajvani és japán nagy márkák állítják elő: Mitsubishi, TORAY, TOHO, CYTEC, Zoltec stb.

Általánosságban elmondható, hogy a szénszál saját kezű készítésének folyamata így néz ki:

1. A forma tapadásgátlóval van kenve.
2. Száradás után vékony gyantaréteget hordunk fel, amelyre szénszövetet hengerelnek vagy préselnek, hogy légbuborékok szabaduljanak fel.
3. Ezután újabb réteg impregnáló gyanta kerül felhordásra. Több réteg szövet és gyanta felhordása lehetséges, a termék szükséges paramétereitől függően.
4. A gyanta levegőn polimerizálódhat. Ez általában 5 napon belül megtörténik. A munkadarabot 140-180 ◦ C-ra melegített fűtőszekrénybe helyezheti, ami jelentősen felgyorsítja a polimerizációs folyamatot.

Ezután a terméket eltávolítják a formából, csiszolják, polírozzák, lakkozzák, gelcoatozzák vagy festik.

Reméljük, hogy megtalálta a kimerítő választ a "Mi a szén" kérdésre?

Irina Khimich, műszaki tanácsadó

A vegyésztechnológusok által kifejlesztett mindenféle műanyag és kompozit között a modern világban különleges helyet foglal el a szén (szénszál) - a legfinomabb szénszálakon alapuló anyag. 75%-kal könnyebb, mint a vas és 30%-kal könnyebb, mint az alumínium, mégis négyszer akkora szakítószilárdsága, mint a legjobb acélminőségek.
Önmagukban a szénszálak meglehetősen törékenyek, ezért rugalmas és rugalmas paneleket szőnek belőlük. Ha kötőanyag-polimer vegyületeket adnak hozzájuk, akkor szénszálas műanyagokat kapnak, amelyek igazi forradalmat hajtottak végre a sportban, a technológiában és az emberi tevékenység számos más területén.

Az utakon, az égen és a tengeren

A szén legszélesebb körben ismert alkalmazása az autóiparban van. Erő és könnyedség kiemelkedő kombinációja kezdetben felkeltette a Forma-1-es autók tervezőinek figyelmét, ami jelentősen csökkentette a versenyautók tömegét. John Bernard, a brit McLaren autógyártó mérnöke az 1980-as évek elején készített először szénszálas karosszériaelemeket. Ez olyan érezhető sebességnövekedést eredményezett, hogy a McLaren csapatát azonnal a díjak felé vezette.

A leggyorsabbnak való jog azonban nagyon drága, mivel valójában minden szénszálas alkatrész kézzel készül. A speciális szövésű szénszövetet formákba rakják, majd polimer vegyületekkel összekapcsolják. A végső szakasz magas hőmérsékleten és nyomáson dolgozzák fel. Ezért a karbon karosszériaelemeket sokáig csak szuperautókban és prémium modellekben használták. És csak a közelmúltban jelentették be a széles közönség számára elérhető szénszálas alkatrészeket tartalmazó sorozatgyártású modellek megjelenését. Tehát az új BMW i3 karosszériájában a szénszálas elemek széles körben képviseltetik magukat. És be új verzió Volkswagen Golf GTI VII ferdehátú a szénszálas motorháztetőnek és tetőnek köszönhetően egyszerre 200 kg-mal csökkenthető volt az autó tömege!

A szénalapú anyagokat még szélesebb körben használják a repülőgépiparban, ahol elkezdték felváltani a hagyományos alumíniumot és titánt. Elsőként a védelmi iparban dolgozó repülőgéptervezők értékelték a kilátásokat. Például a legújabb orosz Szu-47 és T-50 vadászgépek szénszálas szárny- és törzselemeket használnak.

A szénszálat egyre gyakrabban használják utasszállító repülőgépekben is, ahol csökkentheti az üzemanyag-fogyasztást és növelheti a hasznos terhelést. Így a Boeing 787 Dreamlinerben a törzselemek legalább 50%-a szén alapú kompozit anyagokból készül, aminek köszönhetően az üzemanyag-fogyasztás 20%-kal csökken. Ugyanebből a célból a legnagyobb utasszállító repülőgépet, az Airbus A380-at 40%-ban szénszálas szárnyakkal szerelték fel. A modern Hawker 4000 üzleti repülőgép törzse pedig szinte teljes egészében ebből az anyagból készült!

A szénszálat nem kevésbé aktívan használják a hajógyártásban. A népszerűség oka ugyanaz: egyedülálló szilárdság-tömeg arány, amely létfontosságú a zord tengeri körülmények között. Ezenkívül a hajóépítők nagyra értékelik ennek az anyagnak az ütés- és korrózióállóságát.

Szokás szerint a szénszálat használták először a védelmi szektorban. A tengeralattjáró törzselemei karbon kompozitokból készülnek, mivel jelentősen csökkentik a zajt és lopakodó hatást fejtenek ki, így a hajó „láthatatlan” az ellenséges radarok számára. A Visbi típusú svéd korvetteknél pedig lopakodó technológiával szén-kompozitokból készül a hajótest és a felépítmények. Többrétegű anyagot használnak PVC alappal, amelyet speciális, szénszálakból készült szövettel vonnak be. Mindegyik ilyen kábelköteg elnyeli és szórja a radarok rádióhullámait, megakadályozva a hajó észlelését.

A polgári hajók esetében a radar láthatatlansága nem szükséges, de a könnyűség, az erő és a szinte bármilyen konfiguráció alkatrészeinek gyártásának képessége nagyon népszerűnek bizonyult. A karbont leggyakrabban sport- és sétahajók építésénél használják, ahol a sebességi jellemzők fontosak.

A leendő hajó elemeit szénszálas vászonból "öntik" számítógépes modell szerint, mint például gyurmából. Először a fedélzet és a hajótest teljes méretű elrendezése készül speciális modellező műanyagból. Ezután ezeknek a mintáknak megfelelően az epoxigyantával rögzített szénszövet paneleket manuálisan rétegenként ragasztják. Száradás után a kész testet csiszoljuk, festjük és lakkozzuk.

Vannak azonban modernebb módszerek is. Például az olasz Lanulfi cégnek sikerült szinte teljesen automatizálnia a folyamatot. Az edény nagy szerkezeti elemeit 3D-s modellezéssel kisebb, de tökéletesen illeszkedő részekre bontják. Számítógépes modell alapján, programvezérlésű gép segítségével alapokat készítenek, amelyek mátrixként szolgálnak szénszálas alkatrészek ragasztásához. Ez a megközelítés lehetővé teszi a maximális pontosság elérését, ami nagyon fontos a sportjachtok vezetési teljesítménye szempontjából.

Carbon mindenkinek

A szenet egyre inkább kezdik felhasználni az építőiparban. Ha szénszálakat adunk a betonhoz, az sokkal jobban ellenáll a külső hatásoknak. Valójában egy nagy teherbírású monolitot kapunk, nagyon sűrű felülettel. Ezt a technológiát felhőkarcolók és gátak építésénél, valamint alagutak építésénél alkalmazzák.

Érdemes megemlíteni a vasbeton felületek megerősítésére, javítására és helyreállítására szolgáló anyagokat - speciális vászonokat és szénszövet lemezeket (például Mapewrap vagy Carboplate). Lehetővé teszik a szerkezet teljes helyreállítását anélkül, hogy drága és nem mindig lehetséges újratöltést kellene igénybe venni.

A nagy fejlesztők és a magánfejlesztők számára különösen érdekes az olyan innováció, mint a szén felhasználása a homlokzati szigetelés vakolatrendszerében.

Referencia

„A 15 mikronnál kisebb átmérőjű apró szénszálak erősítő összetételhez való hozzáadása nagyon fontos eredményhez vezet – a homlokzat ütésállóságának többszörös növekedéséhez” – mondja Roman Ryazantsev, a CAPAROL projektmenedzsere, a gyártás szakértője. épülethomlokzatok védelme és hőszigetelése. „Különösen a CAPATECT Carbon (Caparol) vakolatrendszerben található szénadalék teszi lehetővé, hogy a homlokzat akár 60 Joule-ig terjedő energiájú ütéseknek is ellenálljon – ez tízszer több, mint amit a hagyományos vakolat homlokzatok képesek ellenállni.”

Ha a nyaraló tulajdonosa úgy dönt, hogy ilyen rendszert használ otthona külső díszítésére, akkor nemcsak a fűtési költségeket csökkenti, és kedvező mikroklímát biztosít a helyiségben, hanem megvédi a falakat minden mechanikai hatástól. A nagy jégeső letöri a vinilburkolatot, és horpadásokat hagy a közönséges homokos vakolaton. A törmeléket és faágakat magával hordó viharos szél a homlokzatot is károsíthatja. De a felületen szénszálak hozzáadásával nem lesz nyom. Ráadásul nem fél az olyan hétköznapi hatásoktól sem, mint a labda vagy a korong elütése a gyerekjátékokban.

„Általában kőburkolatot használnak, például porcelán kőedényeket, hogy megvédjék a homlokzat pincéjét a véletlen sérülésektől” – jegyzi meg Daniil Mazurov, az osztály vezetője. nagykereskedelmi értékesítés Moszkvai építőipari és kereskedelmi vállalat, a PKK Interstroytekhnologii. – De a Moszkva déli részén jelenleg épülő lakókomplexum alagsorának befejezéséhez úgy döntöttünk, hogy kipróbáljuk a szénszálas vakolatrendszert. Az összehasonlító tesztek során nagyon lenyűgöző eredményeket mutatott.”

Vadim Pascsenko, a CAPAROL cég moszkvai regionális osztályának WDVS osztályának vezetője a vakolatrendszerben szénszálas erősítőelemek alkalmazásának egy másik értékes következményét nevezi meg: a homlokzat ellenáll a hőmérsékleti deformációknak. Az építészek és a magánházak tulajdonosai számára ez az önkifejezés teljes szabadságát jelenti - a ház falait a legsötétebb és legtelítettebb színekkel festheti. A hagyományos cement-homok vakolattal az ilyen kísérletek szomorúan végződhetnek. A fal sötét felülete túl gyorsan felmelegszik a napsugarak hatására, ami repedések kialakulásához vezet a külső védő- és díszítőrétegen. De a szénszálas homlokzati rendszereknél ez a probléma nem létezik.

Mostanra Európa-szerte kezdenek kiemelkedni az általános háttérből a magánházak és kereskedelmi épületek, iskolák és óvodák, amelyek kifejező és gazdag színeket kaptak. Ahogy az orosz magánháztulajdonosok elkezdenek kísérletezni a homlokzati színekkel, eltávolodva a hagyományos pasztell árnyalatoktól, ez az innovatív technológia hazánkban is keresletté válik.

Generation Next

Ma már lehetetlen elképzelni egyetlen high-tech iparágat szénszál nélkül. Egyre jobban elérhető a hétköznapi emberek számára. Most karbonszálas síléceket, snowboardokat, hegyi csizmákat, pergetőbotokat és kerékpárokat, sisakokat és egyéb sporteszközöket vásárolhatunk.

De már most az anyagok új generációja váltja fel – a szén nanocsövek, amelyek tízszer erősebbek az acélnál, és számos más értékes tulajdonsággal is rendelkeznek.

Egy nanocső sematikus ábrázolása

Tehát a kanadai ruhagyártó, a Garrison Bespoke kifejlesztett egy férfi öltönyt, amely szén nanocsövek alapú szövetből készül. Az ilyen szövet 0,45-ös kaliberig megállítja a golyókat és véd a szúrások ellen. Ezenkívül 50%-kal könnyebb, mint a kevlar, a golyóálló mellények készítéséhez használt szintetikus anyag. Az ilyen öltönyök minden bizonnyal divatosak lesznek az üzletemberek és a politikusok körében.

A szén nanocsövek legfantasztikusabb alkalmazásai közé tartozik az űrlift, amely drága és veszélyes rakétaindítások nélkül teszi lehetővé a szállítmányok keringését. Az alapja egy nagy teherbírású kábel legyen, amelyet a bolygó felszínétől a Föld felett 35 000 km-es magasságban, geostacionárius pályán lévő űrállomásig húznak.

Ezt az ötletet a nagy orosz tudós, Konsztantyin Ciolkovszkij javasolta 1895-ben. De eddig technikai okokból kivitelezhetetlennek tűnt a projekt, mert nem ismertek olyan anyagokat, amelyekből ilyen erős kábelt lehetett készíteni. A szén nanocsövek felfedezése azonban az 1990-es évek elején kénytelen újragondolni a lehetséges határait. A szén nanocsövekből szőtt milliméter vastag fonal körülbelül 30 tonnás terhelést képes elviselni. Ez azt jelenti, hogy az olcsó és biztonságos utazás egy űrlift kabinjában egy fantáziatörténetből gyakorlati feladattá válik a mérnökök számára.