A jövő városa. A széntechnológiák forradalmasítják az építőipari piacot. Mi az a szén? Miből készül a szénszál?

Igaz, a nagyság rövid életű. Vasbeton, a legnépszerűbb építőanyag Sajnos a XX rövid időszak 5 ezer évnyi szolgálatot biztosan nem fog túlélni, mint a gízai piramisok. Van azonban mód az ilyen szerkezetek élettartamának meghosszabbítására. A moszkvai tudósok tartós vasbeton „ruházattal” álltak elő. Most ez a legújabb nyikorgás az építészeti divatban. És nem csak.

Annak ellenére, hogy Robin Hood ideje már rég elmúlt, még mindig sok 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 céltávolság pedig 100 méter. Ezeket az egyedülálló tulajdonságokat az anyagnak – szénszálnak – köszönheti, amelyből készült.

Szén vagy szénszál - ez az anyag nemcsak az íjászsportolók és a vadászok körében ismert. Bárki, aki ült már modern alpesi sízés, karbonszálat tartott a kezében, mert abból készülnek a síbotok. Az autók szerelmesei szénszálas motorháztetőről vagy lökhárítóról álmodoznak, a kerékpárosok pedig egyre gyakrabban választanak karbon vázat az alumínium helyett. Még a közönséges háztartási cikkek is szénszálas kialakításúak, mint például a számítógép billentyűzete vagy egér, ahol nincs szükség szuper tulajdonságokra. Vannak azonban egész iparágak, ahol lehetetlen nélkülözni ennek az anyagnak a szuper tulajdonságait. Például a repülőgépgyártás.

„Itt egy repülőgép szárnyának egy eleme látható, amely a szerint 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 vagy kiegészítő összeszerelés nélkül” – mondja. Alekszej Uljanov, a JSC Aerocomposite technológiai osztályának helyettes vezetője.

— Mennyi a súlya egy hasonló alumíniumból készült alkatrésznek?

- Körülbelül 200 kilogramm.

- Ez körülbelül 50 kilogramm.

Viszonylagos könnyűsége ellenére ez a szárnytöredék csaknem 2 ezer tonnás terhelést is elbír. Ráadásul egy ilyen könnyű szárnyakkal rendelkező repülőgép vitorlázórepülőként képes lebegni a levegőben, így a hajtóművek kevesebbet dolgoznak, és ez mintegy 40 százalékos üzemanyag-megtakarítást tesz lehetővé repülés közben, így az utasok pénzét is.

„A karbon anyagok előnye, hogy a tervező saját belátása szerint alakíthatja ki a végtermék tulajdonságait különböző alkatrészek összeszerelésével, így itt speciális, repülőgépgyártásra tervezett anyagokat használnak, amelyekhez a talaj és a levegő hőmérséklet-különbségei igen. nem számít” – magyarázza Alekszej Uljanov.

Karbon szövet- így néz ki ez a csodálatos anyag. Kérjük, vegye figyelembe, hogy a repülőgép szárnyának jövőbeli elemét kivágják belőle, mint valami nagy öltöny ujját. Igaz, egy ilyen hüvelynek sokkal több rétege lesz. Ebben a részben például nyolcvanketten vannak.

Hogyan lesz egy látszólag közönséges szövetből olyan erős szerkezet, amely képes ellenállni a több tonnás terhelésnek és az ilyen behatásoknak? Minden az infúziós technológiáról szól. A kívánt formára vágott és lefektetett anyagot egy vákuummodulba helyezik, majd egy nagy sütőbe küldik. Egy másik fontos alkatrészt speciális csöveken keresztül szállítanak - a gyantát, amely az összes szövetréteget egyetlen monolitba köti. A repülőgépipar világelsői, így a Boeing és az Airbus is szénszál erősítésű műanyagot használnak repülőgépeikben, de az Aerocomposite cég moszkvai laboratóriumában kifejlesztett technológia még nem alkalmas számukra. És egy-két év múlva Oroszországnak egyáltalán nem maradhat versenytársa ezen a területen.

„Befejezzük két sorozatgyár építését. Egy üzem pontosan az itt látható technológiát állítja elő, a fő erőelemeket, a szárnykaszonokat. 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 gépesítő elemeket és felvonókat gyárt majd. Ezt az üzemet osztrák partnereinkkel, a Fischer céggel közösen készítjük. Mind az orosz programok, mind a Fischer által megbízott kiterjedt exportprogramok esetében működni fog” – mondta Anatolij Gaidanszkij, a JSC Aerocomposite elnöke.

Az egyetlen dolog, amit elveszítenek ezen a szénmezőn Orosz gyártók- 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 régen felismerte, hogy az ilyen innovációk jelentik a jövőt, és megteremtette a legkényelmesebb munkakörülményeket a tudósok számára.

„Ezek a szénszál legújabb mintái, négyszer erősebbek, mint az acél, most ezt egy szakítógéppel bebizonyítom Önnek. Ehhez rögzítjük a mintát a terminálokhoz, és elvégezzük a tesztet. Nos, a mintánk két tonnát bírt” – mutatja be Anton Evdokimov, vizsgálólaboratóriumi mérnök.

— Mi okozhat ekkora terhelést?

— 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 kisebb terhelést bírt volna el, valahol 500-700 kg körülihez képest, nem többet.

A legcsodálatosabb dolog az, hogy ez a szakítószilárdságú anyag folyadékból készül. Pontosabban poliakrilnitrilből.

A poliakrilnitril szálat extrudálással állítják elő. Egyszerűen fogalmazva, a polimert egy speciális szerszámon kényszerítik át. Ez a teljesen homogénnek tűnő rögzítés valójában több száz apró lyukat tartalmaz, amelyek átmérője mindössze hetven mikron, ez egy emberi haj átlagos vastagsága. Amint leengedik a vízbe és nyomás alá helyezik, ha alaposan megnézi, vékony, fehéres szálak láthatók, amelyek folyamatos sugárban jönnek ki a fonógyűrűből.

Ezeken a speciális oldatú forró fürdőkön áthaladva a polimerszál körülbelül hatszorosára, hetven mikronról tizenkét mikronra vékonyodik. De mivel 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 tartós rosttá válik.

„Ez még nem a végtermék, csak a szénszál előállításának alapanyaga. A szénszál előállítása előtt ezt a poliakrilnitril szálat magas hőmérsékletű kezelésnek, valamint oxidációnak, grafitosításnak és karbonizálásnak kell alávetni” – magyarázza. Elina Bilevskaya, a Composite cég képviselője.

Miután megkapták a következő kísérleti alapanyagot, a kutatók alapos elemzést végeznek a legyártott anyagon, majd módosítják a berendezés beállításait és újra kezdik a folyamatot. Ahogy mondani szokás, a tökéletességnek nincs határa.

„Célunk, hogy környezetbarátabb szálakat nyerjünk és csökkentsük az előállítási technológia költségeit. Valójában ez az, amiben sikerrel járunk. Az elmúlt év során mintegy száz prototípust fejlesztettünk ki, amelyeket később szénszálas feldolgozásra szállítottunk. Folyamatosan kutatjuk rostjaink képződését, valamint közvetlenül a fizikait mechanikai tulajdonságok a keletkező rostból” – mondja Denis Fokin, kutatómérnök.

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

Végezzünk demonstrációs kísérletet. Képzeljük el, hogy ez két közúti híd. Valójában ez a legáltalánosabb, 30 centiméteres fából készült vonalzó. És mellette egy fa vonalzó is, de az egyik oldalán szénszál erősítésű. Tehát kezdjük a kísérletet. Először teszteljük a fahídunkat. A harmadik téglán eltörik. Most nézzük meg a szénszálas vonalzót. Egy tégla, kettő, három, négy – a vonalzó nem tört el, a hídtámaszok igen. Most már meg vagyok győződve arról, hogy a szénszál erősítésű szerkezet sokkal erősebb.

Tipikus moszkvai sokemeletes épület. A ház jó állapotúnak tűnik, és a megjelenésében nincs nyoma komolyabb sérülésnek. Ezek azonban már megtörténnek. A ház pincéjében lévő teherhordó szerkezeteken repedések jelentek meg. Még 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.

„Annak érdekében, hogy ezek a repedések ne jelenjenek meg újra, és ez még jobban kinyíljon, erősítjük. Jelenleg is hasonló területen dolgozunk” – mondja Alexey mérnök.

Íme, hogyan menthet meg valójában bárkit vasbeton szerkezet a pusztulástól és a káros hatásoktól külső környezet. Itt, a ház alagsorában lényegében ugyanazt a szénszál előállításának technológiai folyamatát hajtják végre, amelyet a repülőgép-alkatrészek gyártásánál láttunk. Csak itt a kötőgyantát közvetlenül a betonra hordják fel. A kívánt szélességű szénszálas szalagot a kezelt felületre hengereljük, és egy újabb epoxiréteggel vonjuk be. Néhány óra elteltével, amikor a gyanta megkeményedik, a vasbeton padló felületén lévő repedéseket 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 a megerősítést klasszikus módszerekkel, például fémkeretekkel végezték volna, körülbelül három napba telt volna, és öt év elteltével ebben a nyirkos pincében a fém ismét korrodálódni kezd, és vissza kellett volna mennünk. csináld újra” – magyarázza Alekszej 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, felhasználható gátak és földalatti kommunikáció építésénél és technológiai karbantartásánál. Azonban még nem sokan építőipari cégek készek széles körben felhasználni ezt az anyagot. A helyzet az, hogy sem a GOST-okat, sem az SNiP-ket nem fejlesztették ki teljesen a szénszál-erősítésű műanyagok felhasználására Oroszországban. Még a szakosodott építőipari egyetemeken is hagyományos anyagok - fa, tégla, vasbeton - felhasználásával tanítják a hallgatókat. Amint ez a bosszantó hiányosság megszűnik az oktatási és szabványosítási rendszerben, a múlt számos építészeti alkotása végre erős, szénszálas esélyt kap egy második fiatalságra.

Mi az a szén?

A szén egy műszaki szövet, amely több ezer szénszálból áll, amelyek egymásba fonódnak, hogy ugyanazt a szövetet képezzék. A szénszál a tervezett alkalmazástól függően sokféle szövésben kapható, és csak egy része a szerkezeti anyagoknak, amelyek sok, kompozit anyagként ismert alkatrészt tartalmaznak. A kompozitok olyan alkatrészekből készülnek, amelyek egyesítik a különböző anyagok minőségét, és a cél a merevség elkerülése vagy a szilárdság elérése. Karbon, üvegszálas, kevlár vagy más hasonló szövetek esetében a szóban forgó kompozit anyagot FRP-nek (Fiber Reinforced Polymer) nevezik. Egy ilyen polimer gyártása során szövetet használnak a gyanta alréteg szerkezeti merevségének „erősítésére”. A gyanta szilárdságot ad a kompozitnak, míg a szén szerkezeti integritást ad az egyébként törékeny műanyagnak.

Hogyan keletkezik a szén?

A szénszál (szénszál), ahogy a neve is sugallja, csak szénből álló szövet, összetételében nincs más elem. De a gyártást egyszerűen szénszálból kezdeni, és egy szövetet összefont szálakkal létrehozni valódi, de megfoghatatlan bravúr lenne. A textilgyárak szénszálas alapanyag helyett bonyolultabb molekulaösszetételű műanyagokkal kezdik, ahol a szál vastagsága kisebb, mint egy emberi hajszál vastagsága. Ezután egy sor konkrét műveletre van szükség, a hőkezeléstől a vegyi kezelésig. Ezeknek az összetett folyamatoknak a végeredménye a polimer anyagok összetételének a legempirikusabb formájára - a tiszta szén formájára - finomítása.

A szén mérése és értékesítése gyakran több kritérium, a szálszövés típusa, az abszolút értékek (egy szál szilárdságának mérése) és a szövet súlya alapján történik. Minden mérés uncia/négyzetméterben értendő, plusz a szálak száma (általában 3000 és 12000 szál között mozog).

Milyen szövésfajták vannak?

Egyirányú szövés:

Az egyirányú szövés azt jelenti, hogy minden szénszál ugyanabba az irányba van irányítva. Az ilyen stílusú szövés szabad szemmel nem látható. Mivel nincs szövés mint olyan, a rostszálakat valahogy 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). Tekintettel arra, hogy a szövet csak egy irányban merev, ezt a fajta szövést ritkán használják a motorsportokban, ahol a terhelés bármely irányba mehet.

Kétirányú szálszövés:

A kétirányú szövésű szén a szálszövés alapvető és leggyakoribb típusa. A szálak a kívánt szögben összefonódnak egymással, aminek köszönhetően a szövet „sakktábla” típusú szerkezetet kap, ahol a szövet szálait oldalra és függőlegesen helyezik el. Ebben az esetben az összes szálat úgy irányítják, hogy a terhelést bármilyen irányba lehessen alkalmazni, miközben a kompozit anyagnak meg kell őriznie szilárdságát.

Szövés átlósan ketté-két szálon

Az átlósan szőtt két-kettő a szénszálas szövés leggyakoribb típusa, és széles körben használják a motorsportokban. Ez a szövés egy kicsit bonyolultabb a kétirányú szálhoz képest, mivel két szál halad át a másik két szálon, vagy egy kettőn, vagy kettő egy felett. A szálak összefonódása eredményeként halszálka minta jön létre az anyagon. A két-két szál átlós szövésének köszönhetően függőleges és vízszintes szálakkal (lánc- és vetülékfonalakkal) az anyag nagyon rugalmassá válik, és különféle összetett formákat vehet fel. Az ilyen típusú szövésű szénszálakkal végzett munka során nem szükséges „csomagolás”, „nyújtás” vagy vágás.

Szövés átlósan négy-négy szálban

Hasonlóan az átlósan kettő-két szálban, azaz négy-négy szálban történő szövéshez, ez a típus a kétoldalas átlós szövésre vonatkozik, ahol egy köteg négy szálat tartalmaz. Az eredmény az, hogy a szövet nem olyan sűrű, mint a kettő-kettő szövésnél, de az ívelt felületeknél jobb fedési arány érhető el, mivel több hely van a tényleges felül- és alászövési pontok között, ami hatékonyabb, mert kevesebb elért.kemény varratok. Ez megkönnyíti az íves öntvények szénbevonatát.

Gumírozott szövés

A gumírozott szénszövet egy nagyon specifikus szövetkészítési mód, amely sokkal kevésbé elterjedt az általunk tárgyalt összes szövettípushoz képest. A gumírozott szálas szövés azt jelenti, hogy minden szál 3000 és 12000 közötti szálból áll, és minden szál szorosan egymás után van elhelyezve, hogy a legfinomabb szénszalagot alakítsák ki. A szabványos szálak több szénszálrétegen keresztül kapcsolódnak egymáshoz. A gumírozott szövet a széles nyitott területek jelenléte alapján azonosítható. A gumírozott szövetszerkezetű, kétirányú szénszál lépcsőzetes mintája egy hüvelykes négyzet alakú részeket hoz létre.

Mivel ezeknek a szövési területeknek a nagy mérete miatt a szövet veszít sűrűségéből, a „felül és lent” szövési pontok nagy távolságra helyezkednek el egymástól. Tehát a szálak metszéspontjai egymástól távol helyezkednek el, az irányváltozások gyakorisága jelentősen csökken, és a szövet sokkal szorosabban tapadhat a felülethez.

Amint azt egy angol anyag- és polimerbeszállító honlapján leírták, „a gumírozott szövetek egyre népszerűbbek a high-tech kompozitok területén hihetetlenül lapos profiljuk miatt, amely gyakorlatilag kiküszöböli az úgynevezett „másoló hatást” és a bizonyos textúrák a tökéletes simaságot igénylő felületeken (például repülőgép szárnyai).

Mivel a szövetréteg sokkal vékonyabb, lehetséges, hogy az egyik réteget egy másik rétegre rétegezzük, és ezáltal elérjük a szükséges szilárdsági jellemzőket. Ezt a fajta karbont gyakran használják olyan területeken, ahol az aerodinamikai jellemzők elsőbbséget élveznek az erősséggel szemben. A gumírozott szövet rendelkezik kinézet, eltér a szokásostól, ami azonnal vagy szerelmet, vagy gyűlöletet idéz elő.

Különféle gyanták

A szénszövet csak egy 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 epoxigyanta és a poliésztergyanta. Bárki, aki valaha is dolgozott üvegszálas szörfdeszka vagy autóalkatrész megjavításán, tudja, hogy ez a gyanta valódi probléma lehet. Az illékony szerves vegyületek (VOC-k) gőzök, amelyek számos gyanta jellemzői, bár vannak olyanok, amelyek szabadon beszerezhetők, amelyek nem tartalmazzák ezeket az agykárosító vegyszereket. Szinte mindenki ismeri a gyantával való munka ellentétes hatását, ha megfelelő eszközzel személyi védelem nem használják, de túlérzékenység és allergia alakul ki. És ezek az esetek annyira mindennapossá váltak, hogy gyakran hallunk vicceket olyan emberekről, akik képtelenek maradni a helyiségben, ahol a gyantával dolgoznak.

Epoxi gyantával

Az epoxigyanta a leggyakoribb többcélú szerkezeti gyanta. Mint gyakorlatilag minden típusú gyanta, ez is gyanta és katalizátor kétkomponensű oldata. A reakcióidők változnak, de közvetlenül függnek a környezeti feltételektől. Legjobb megadás dátuma ( munkaidő), általában öt és harminc perc között mozog. Általánosságban elmondható, hogy a hőhatás mindig felgyorsítja az „érési” folyamatot, de a teljes kötési folyamat általában nem több, sem kevesebb, hanem egy teljes nap (24 óra) – ha a keveréket semmilyen módon nem befolyásolja. A poliészter gyantához képest az epoxigyanta tartósabb, de türelmet igényel a vele való munkavégzés során.

Poliészter gyanta

A poliésztergyanta az epoxigyanta olcsóbb alternatívája, gyors kötési idővel. Főleg olyan helyzetekben használják, amikor a szerkezeti integritás elsőbbséget élvez az esztétikával szemben, ahogyan az easycomposites.co.uk kijelenti: „Vannak azonban olyan helyzetek, amikor a szendvicsszerkezet a legkevésbé fontos, és olyan tulajdonságokkal rendelkezik, mint a megjelenés, az UV-állóság és az ár fontosságban az első helyen áll.”

Prepreg (előre impregnált szövet)

Egyes szénszálas szövetek elő-impregnált gyantaoldatként is előállíthatók, ahol a katalizátor hőkezelés. A prepregeket számos kompozit iparban használják, mivel nem igényelnek bonyolult eljárásokat, és a gyanták egyszerű összekeverésével és a nedves szövet rétegenkénti lefektetésével minimálisra csökkentik a rendetlenséget.

A prepreg anyagok azokban az iparágakban is a választott anyagok, ahol a súly problémát jelent. Ilyen területek közé tartozik a repülés, ahol az alkatrészek tömegének nagy része gyanta, nem pedig szövet. A szövet gyantával való alapos és egyenletes impregnálásához szükséges minimumot figyelembe véve a prepreg a legtartósabb és legkönnyebb szerkezet létrehozásához használható.

Gyártási folyamatok

Nedves kijelzők

Hagyományosan a kis darabokat nedvesen rakják ki, homorú formával együtt, majd dugót 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 megtartjuk a szövési irányt: 45 fok kétirányú szövés esetén és 90 fok twill szövésű szövet esetén. Ha a szövetrétegek iránya nem egyezik, a kapott rész elveszti merevségét az egyik tengely mentén, és túlságosan megerősödik a másik tengely mentén.

Miután így annyi szövetréteget fektettünk le, amennyi szükséges a kívánt vastagság eléréséhez, a felesleges gyantát egy kaparóval lekaparjuk, mintha vizet távolítana el a szélvédőről. Ezután az alkatrészt alacsony nyomáson vákuumzacskóba csomagolják. Ennek eredményeként a gyanta kitölti az összes megmaradt légüreget, ezáltal kiszorítja a legkisebb légbuborékokat, és a felesleges gyanta megszűnik.

Bizonyos esetekben mindezeket a manipulációkat fordított sorrendben hajtják végre. A száraz szövetet a gyanta felhordása előtt vákuumzacskóba csomagolják egy formába. Ennek a módszernek köszönhetően nincs hulladék vagy szennyeződés. A végső szakaszban hőkezelés történik. Minden alkatrészt a sütőben nyomás alatt, úgynevezett autoklávban „sütnek”, és a gyanta teljesen megköt.

Bár a legtöbben nem férnek hozzá speciális berendezésekhez, az olyan eljárások, mint a vákuumzacskózás és az autoklávban sütés, nem kötelezőek olyan munkadarabok esetében, amelyek szerkezetének nem kell megfelelnie bizonyos követelményeknek.

Alkalmazási területek

A szén megerősödött az autóiparban. Az utángyártott piacon a karbon a leggyakrabban használt anyag az alkatrészek fedésére. Karosszériaelemek, belső kárpitelemek – és mindez szénszálból készült, amely a legmagasabb kategóriájú megjelenést biztosítja az autónak. Funkcionálisan a karbon alkatrészeket szinte minden területen használják – az autóipartól kezdve a hajógyártásig és a repülésig.

A karbont a versenyülések, a hajtótengelyek, a biztonsági berendezések, például a sisakok és a támlák (fejtámlák) konstrukciójában használják, sőt a kompozit rugós technológia is kezdi használni a szenet a felfüggesztési rendszerekben.

A szén nem csodaszer

A szén vonzereje sokak számára olyan magas, hogy manapság hajlamosak visszaélni ezzel az anyaggal olyan területeken, ahol a legjobb megoldás még mindig fémötvözet. A szén, és különösen a gyanta nem működik jól magas hőmérsékletű környezetben, hőpajzsokban, kipufogó-alkatrészekben vagy bármely más motoralkatrészben. Ha ezekben az esetekben szenet választanak kiindulási anyagként, nagyon gondosan meg kell vizsgálni az üzemi feltételeket. Vannak hőálló gyanták, de alkalmazási körüknek még megvannak a korlátai.

Ütésállóság

A Carbon büszkélkedhet azzal, hogy ez a (már hívószó) 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 egy megerősített poliészter laminátum, amelynek ütésállósága alacsony. És még a gyenge pont ütése is az anyag hámlásához és végső soron meghibásodásához vezethet. Emiatt a szén nem használható kopásálló vagy újrafelhasználható, kielégítő minőségű nyerges alaplemezek készítésére, különböző felfüggesztési alkatrészek gyártására, vagy bármilyen más, maximális terhelés mellett használt alkatrészhez.

Vezetőképesség

A szén vezető anyag! A tiszta szén önmagában is rendkívül hatékonyan képes átadni a hőt. Például egy szénszálas motorháztető nagyon gyorsan akár több száz fokot is felmelegíthet a napon. Az ultraibolya sugarak károsíthatják a kompozitot, sárgává tehetik, vagy a gyanta megrepedhet, ezért a vetemedés gyakori hiba. A repülésben sok szénszálas alkatrészt magasfényű fehér festékkel vonnak be, mert az UV-sugarak által keltett hő deformálhatja a vázat és károsíthatja a keretet. negatív hatás az aerodinamikai jellemzőkről. Ezenkívül az UV-sugarak más 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 a tiszta szénszálas szövet megnyitja az utat az elektromosság felé, még akkor is, ha a szenet szigetelő polimerrel dúsítják. Ha az elektronika felületeként vagy hűtőventilátor-burkolatként szénszálat választ, ügyeljen arra, hogy legyen olyan földelés, amely nem „áthalad” a szénszálon. Egy anekdota a való életből: egyszer szemtanúi lehettünk egy Geiser Trophy teherautó-tulajdonos motorjának tűzközelben, mert egyszerűen nem hitte el, hogy a szén vezető anyag, és a gyantatűz nem vicc.

Munka szénnel

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

A szénszálas szövet rendelésekor ügyeljen arra, hogy tekercsben, például csomagolópapírban kerüljön forgalomba. A hajtásokba csomagolt szénben gyűrődések lesznek, és ennek eredményeként a hajtogatott szálak szerkezeti integritása sérül. Kövesse ezeket az utasításokat az anyag kezelésekor, és tartsa tisztán az anyagot, hogy elkerülje a por és a zsíros ujjlenyomatok megjelenését, miközben gondoskodik arról, hogy a lehető legsimábban illeszkedjen. A gyantát kis tartályokban kell keverni, ami a norma. Ügyeljen arra, hogy ne keverjen gyantát viasszal bélelt edényekben. A viasz reakcióba lép a gyantákkal, így a gyanta megkeményedik. A gyanta kikeményítése egy exoterm reakció, ami azt jelenti, hogy melléktermékként hő keletkezik. kémiai reakció. Nagy mennyiségű gyanta keverésekor ügyeljen arra, hogy a felesleges gyantát távol tartsa a gyúlékony anyagok tárolására szolgáló helyektől, különben nagy a tűzveszély.

Következtetés

Hangerő Alap tudás, amit ebben a cikkben nem is érintettünk, egyszerűen hatalmas. De reméljük, hogy ez általános áttekintés segített jobban elképzelni, mi az a szén. Rendkívül sokoldalú és okos kezelés mellett tartós anyag. De ha helytelenül használják, igazi szemfájdalommá válik. 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 szénszál saját tömegéhez viszonyított szakítószilárdságának szilárd mutatója az anyag egyedülálló eredménye, és fényes kilátásokat nyit a nemzetgazdaságban való felhasználásra. A szén felhasználása a modern építőiparban még nem terjedt el, bár manapság nem nehéz szén beszerzése. De az egyszerű és megbízható alkalmazási módszerek hosszú ideig tartanak.

Szénrost

A 18. század végén Edison szabadalmaztatta a szénszál első előállítását viszkózszál pirolízisével és izzószálak előállításával.

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

Tulajdonságait tekintve: hőálló és hőszigetelő tulajdonságai, valamint korrózióállósága a szénszálnak nem volt párja.

A poliakrilnitril (PAN) szálak első mintáinak jellemzői alacsonyak voltak, de a technológiai fejlesztések lehetővé tették 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 építőipari tevékenység végzésére, képest meglévő módszerek segítségévelújjáépítés vagy megerősítés, gyorsan és hatékonyan.

De a szénszál vívmányairól szóló történet hiányos lenne anélkül, hogy megemlítené a repülőgép-alkatrészek gyártásában való felhasználását.

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

Termékek gyártása polimer anyagból

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

A PAN szálak előállítására szolgáló gyártási folyamatok magukban foglalják az autokláv technológiát és az ezt követő impregnálást a gyantával történő megerősítéshez. A szénszálat műanyaggal (prepreg) és folyékony műanyaggal töltik be, így nyomás alatt erősítik a rostszálakat.

A fizikai jellemzők szerint a szénszálakat típusokra osztják:

• nagy szilárdságú szénszálak (12 000 folytonos szál összetétele)
• általános célú karbonizált szénszálak (2 vagy több szálból álló, legfeljebb 100 mm hosszú sodrott szál).

Az anyagból készült termékekkel megerősített szénszálas szerkezetek 30%-kal csökkentik a szerkezet súlyát, a kémiai tehetetlenség pedig lehetővé teszi a szénszövetek használatát az agresszív folyadékok és gázok szennyeződésektől való szűrőként történő tisztítása során.

A szénszál előállítását mutatja be ez a videó.

Szénszálas termékek választéka

karbon szövetek

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

A nulla lineáris tágulási együtthatóval rendelkező szénszövetek nagymértékben ellenállnak a deformációnak és a korróziónak.

A szabványos karbon szövetek jellemzői:

A szénszövetek paraméterei a következők:

• pengeszélesség 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 a zsinórok.

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

• vászon szövés úgy jön létre, hogy minden egyes láncfonalat egy 1/1-es vetülékfonallal összefonnak, ami jobb szilárdságot és jobb mozgást biztosít az anyagnak
• szatén olyan szövés, amelyben egy vetülékszál 4-5 láncfonalat fon össze, csökkentve a szövet túlzott meghajlásának lehetőségét
• twill szövés, amelyben a láncfonalak számát ugyanannyi vetülékszál fedi le.

A twill szövés lehetőségére példa a többszínű szénszövet. A többszínű szénszövetet sikeresen használják kevlár ruházat és olyan tárgyak létrehozására, amelyek higroszkóposak és képesek a levegőcserére. A különböző sűrűségű és szerkezetű műszaki szálakból készült kevlár már az autóiparban és a hadiiparban is használatba került, kiszorítva az üvegszálat és az acélt.

A szén előnyei egyértelműen kifejeződnek a szénsavas szénszálból készült termékekben.

szénsavas rost termékek

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

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

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

Ezenkívül az EMR-t elnyelő képernyők, hőelemek és elektródák, valamint rádiótechnikai termékek karbonizált szálak felhasználásával készülnek.

szénerősítésű úszómedencék gyártása

A szénszál-erősítésű úszómedencék gyártásánál a technológia magában foglalja azt a szakaszt, hogy a kerámiaréteghez szénszálas erősítést, fabalzsát és habgumit adnak. A szénerősítésű medencetál kettős keretének elkészítésének alapja az elkészített terhelési diagramok és az anyagra ható megengedett feszültségek voltak.

Vegyük azt a következtetést, hogy a szénszál használatának növekvő népszerűsége a jövőben kiszoríthatja az erősítőanyagokat a piacról.

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

A Carbon nemzetközi elnevezése szén, amelyből szénszálat nyernek.

De jelenleg a szén magában foglalja mindazt, amiben a hordozó alap szénszál, de a kötőanyag eltérő lehet. A karbont és a szénszálat egyetlen kifejezésben egyesítették, ami zavart kelt a fogyasztók fejében. Vagyis a szén vagy szénszál ugyanaz.

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

A szén alkalmazása

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

• a repülőgépgyártásban,
• sportfelszerelésekhez: klubok, sisakok, kerékpárok.
• horgászbotok,
• orvosi berendezések stb.

A szénszövet rugalmassága, kényelmes vágásának és vágásának lehetősége, valamint az ezt követő epoxigyantával történő impregnálása lehetővé teszi bármilyen alakú és méretű széntermékek formázását, beleértve saját magát is. A kapott nyersdarabok csiszolhatók, polírozhatók, festhetők és flexonyomtathatók.

A szén műszaki jellemzői és tulajdonságai

A szénszálas műanyagok népszerűségét egyedülálló teljesítményjellemzői magyarázzák, amelyeket teljesen eltérő tulajdonságú anyagok egy kompozitban történő kombinálásával nyernek - a szénszálat teherbíró alapként és kötőanyagként.

A szénszál minden típusára jellemző erősítő elem a 0,005-0,010 mm vastagságú szénszálak, amelyek húzásban jól működnek, de kis hajlítószilárdságúak, vagyis anizotróp, csak egy irányban erősek, ezért felhasználásuk csak vászon formájában indokolt.

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

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 a sűrűségben, az olvadáspontban és a szilárdsági jellemzőkben láthatók.

Egy másik megerősítésre használt elem a szénszálakkal együtt a . Ezek ugyanazok a sárga szálak, amelyek bizonyos típusú szénszálakban láthatók. Egyes gátlástalan gyártók a színes üvegszálakat, a festett viszkózt és a polietilén szálakat kevlárként adják át, amelyeknek a gyantához való tapadása sokkal rosszabb, mint a szénszálaké, és a szakítószilárdsága is többszöröse.

A Kevlar egy amerikai márkanév a poliamidokhoz és a lavsanhoz kapcsolódó aramid polimerek osztályára. Ez a név már általános főnévvé vált ennek az osztálynak az összes szálára. Az erősítés növeli a hajlítási terhelésekkel szembeni ellenállást, ezért széles körben használják szénszálakkal kombinálva.

Hogyan készülnek a szénszálak?

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

Oxidáció után karbonizálódás következik be – a szál hevítése nitrogénben vagy argonban 800 és 1500 °C közötti hőmérsékleten, hogy a grafitmolekulákhoz hasonló struktúrákat hozzunk létre.

Ezután a grafitizálást (szénnel való telítést) ugyanabban a környezetben, 1300-3000 °C hőmérsékleten végezzük. Ez a folyamat többször megismételhető, eltávolítva a grafitszálat a nitrogéntől, növelve a szénkoncentrációt és megerősítve azt. Minél magasabb a hőmérséklet, annál erősebb a rost. Ez a kezelés 99%-ra növeli a rost szénkoncentrációját.

A szénszálak típusai. Vászon

A szálak lehetnek rövidek, vágottak, azokhívott„tűzött”, vagy folyamatos szálak lehetnek az orsókon.Ezek lehetnek kócok, fonalak, előfonatok, amelyekből aztán szőtt ill nem szőtt anyagbólés szalagok. Néha a szálakat átlapolás (UD) nélkül polimer mátrixba helyezik.

Mivel a szálak jól működnek feszítésben, de gyengén hajlításban és összenyomódásban, a szénszál ideális felhasználása Carbon Fabric formájában.

Ez bevált különféle típusok szövés: halszálka, gyékény stb., amelyek nemzetközi nevei Plain, Twill, Satin. Néha a szálakat egyszerűen keresztben elfogják nagy öltésekkel, mielőtt gyantával töltik fel őket. Helyes szénszálhozÁltal Műszaki adatok A szál és a szövés típusa nagyon fontos a jó minőségű szénszál előállításához.

Tartóalapként leggyakrabban használatosak, amelyekben a szövetet rétegről rétegre, a szövés irányának változtatásával fektetik le, hogy egyenletesen osszák el az orientált szálak mechanikai tulajdonságait. Leggyakrabban 1 mm vastag szénlemez 3-4 réteget tartalmaz.

A szénszál előnyei és hátrányai

A szén magasabb ára az üvegszálhoz és az üvegszálhoz képest bonyolultabb, energiaigényesebb többlépcsős technológiával, drágább gyantákkal és drágább berendezésekkel (autokláv) magyarázható. 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 szénből és a kevlárból készült szén valamivel nehezebb, mint a szén és a gumi, de sokkal erősebb, és ütközéskor megreped, összeomlik, de nem morzsolódik darabokra,
• nagy hőállóság: a szén 2000 ○C hőmérsékletig megtartja alakját és tulajdonságait.
• jó rezgéscsillapító tulajdonságokkal és hőkapacitással rendelkezik,
• korrozióállóság,
• nagy szakítószilárdság és magas rugalmassági határ,
• esztétika és dekorativitás.

De a fém- és üvegszálas részekhez képest a szénalkatrészeknek vannak hátrányai:

• érzékenység a pontos hatásokra,
• a helyreállítás nehézségei forgácsok és karcolások esetén,
• fakulás, napfény hatására fakul, védelem céljából lakkal vagy zománccal bevonva,
• hosszú gyártási folyamat,
• fémmel érintkező helyeken fémkorrózió kezdődik, ezért ilyen helyeken üvegszálas betéteket rögzítenek,
• Újrahasznosítás és újrafelhasználás nehézségei.

Hogyan készül a szén

A szénszálas termékek gyártásának 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 természetes úton vagy melegítés hatására felgyorsulhat. Ez az eljárás jellemzően szénszálas lemezeket eredményez.

2. Öntvény

A termék (mátrix) modellje gipszből, alabástromból és poliuretán habból készül, amelyre gyantával impregnált szövetet raknak. Hengerekkel történő hengerléskor a kompozit tömörítésre kerül, és a felesleges levegőt eltávolítják. Ezután vagy gyorsított polimerizációt és keményedést végeznek kemencében, vagy természetes. 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 lakkozott).

Ebbe a kategóriába tartozik még az öntvény lapokból - prepregekből.

A növekvő hőmérséklet melletti polimerizációs képességük alapján a gyantákat „hidegre” és „melegre” osztják. Ez utóbbiakat a prepreg technológiában használják, amikor a félkész termékeket több rétegű szénszálas gyantával bevonva készítik. A gyanta márkájától függően akár több hétig is tárolhatók polimerizálatlan állapotban, műanyag fóliával rétegezve, és hengerek között átvezetve 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 rétegenként hordják fel, és főként kemencében szárítják.

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

Lehet-e szénszálat készíteni saját kezűleg?

A szénszál alapú termékek önmagukban is formázhatók, amelyet régóta sikeresen használnak kerékpárok, sportfelszerelések javításában és autótuningban. A műgyanta töltőanyagokkal való kísérletezés lehetősége és átlátszóságának mértéke széles teret biztosít a kreativitás számára a szénszálas automatikus tuning rajongói számára. Bővebben olvashat a karbon alkatrészek gyártásának fő módszereiről.

A fent leírt technológiából következően a formázáshoz szükséges:

• mátrix forma,
• karbon lemez,
• öntőforma kenőanyag a kész munkadarab könnyű eltávolításához,
• gyanta.

Hol kaphatok szénszálat? Tajvan, Kína, Oroszország. Oroszországban azonban „szénszálon alapuló nagy szilárdságú szerkezeti szövetekre” utal. Ha megtalálja a módját a vállalkozásnak, akkor nagyon szerencsés. Sok cég kínál kész barkácsolású szénszálas díszkészleteket autókhoz és motorkerékpárokhoz, beleértve a szénszál-darabokat és a gyantát.

A szénszövet globális piacának 70%-át 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 a szénszálat hengereljük vagy préselik, hogy légbuborékok szabaduljanak fel.
3. Ezután egy újabb réteg impregnáló gyanta kerül felhordásra. Több réteg szövet és gyanta alkalmazható, a termék szükséges paramétereitől függően.
4. A gyanta levegőn polimerizálódhat. Ez általában 5 napon belül megtörténik. A munkadarabot 140-180 ◦C hőmérsékletre felmelegített fűtőszekrénybe helyezheti, ami jelentősen felgyorsítja a polimerizációs folyamatot.

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

Reméljük, hogy átfogó választ talált a „Mi a szén” kérdésre?

Irina Khimich, műszaki tanácsadó

A vegyésztechnológusok által kifejlesztett mindenféle műanyag és kompozit között a szén (szénszál) - a legfinomabb szénszálakon alapuló anyag - különleges helyet foglal el a modern világban. 75%-kal könnyebb, mint a vas és 30%-kal könnyebb, mint az alumínium, ugyanakkor szakítószilárdsága négyszer nagyobb, mint a legjobb minőségű acélé.
Maguk a szénszálak meglehetősen törékenyek, ezért rugalmas és rugalmas paneleket szőnek belőlük. Kötőanyag polimer kompozíciók hozzáadásával 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 szénszál legszélesebb körben ismert felhasználási területe az autóipar. Kezdetben az erő és a könnyűség kiemelkedő kombinációja keltette fel a Forma-1-es autótervezők figyelmét, ami lehetővé tette a versenyautók tömegének jelentős csökkentését. John Bernard, a brit McLaren autógyártó mérnöke az 1980-as évek elején készített először szénszálas karosszériaelemeket. Ez olyan érezhető sebességnövekedést eredményezett, hogy azonnal a dobogóra hozta a McLaren csapatát.

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

A szénalapú anyagokat még szélesebb körben alkalmazzák a repülőgépgyártásban, ahol elkezdték felváltani a hagyományos alumíniumot és titánt. A védelmi iparban dolgozó repülőgéptervezők értékelték először a kilátásokat. Például a legújabb orosz Szu-47 és T-50 vadászgépek szénszálas alkatrészeket használnak a szárnyhoz és a törzshöz.

A szenet egyre gyakrabban használják fel az 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 sugárhajtású repülőgép törzse pedig szinte teljes egészében ebből az anyagból készült!

A szenet nem kevésbé aktívan használják a hajógyártásban. Népszerűségének oka ugyanaz: egyedülálló szilárdság/tömeg arány, amely létfontosságú a zord tengeri körülmények között. Ezenkívül a hajóépítők nagyra értékelik ennek az anyagnak az ütésállóságát és korrózióállóságát.

Szokás szerint a védelmi szektorban először a szénszál-erősítésű műanyagokat alkalmazták. Szén-kompozitokat használnak tengeralattjáró-testek elemeinek elkészítéséhez, mivel ezek komolyan csökkentik a zajt és lopakodó hatást fejtenek ki, így a hajót „láthatatlanná” teszik az ellenséges radarok számára. A svéd Visbi típusú korvetteknél pedig lopakodó technológiával szén-kompozitból készül a hajótest és a felépítmények. Többrétegű anyagot használnak PVC alappal, amelyet speciálisan karbonszálakból készült szövet borít. Mindegyik ilyen köteg elnyeli és szórja a radarok rádióhullámait, megakadályozva a hajó észlelését.

A polgári hajók esetében a radar láthatatlanságára nincs szükség, de a könnyűség, az erő és a szinte bármilyen konfiguráció alkatrészeinek gyártásának képessége nagy keresletnek bizonyult. A karbont leggyakrabban sport- és sétahajók építésénél használják, ahol a sebességi jellemzők fontosak.

A jövőbeli edény elemeit szénszálas vászonból "öntik" számítógépes modell szerint, mintha gyurmából. Először is, a fedélzet és a hajótest teljes méretű modellje speciális modell műanyagból készül. Ezután ezekkel a mintákkal a szénszövet paneleket manuálisan rétegenként ragasztják, és epoxigyantákkal tartják össze. Száradás után a kész testet csiszoljuk, festjük és lakkozzuk.

Van azonban több is modern módszerek. Például az olasz Lanulfi cégnek sikerült szinte teljesen automatizálnia a folyamatot. 3D modellezéssel a hajó nagy szerkezeti elemeit kisebb, de tökéletesen illeszkedő részekre osztják. Számítógépes modell szerint egy géppel programvezérelt alapok készülnek, amelyek mátrixként szolgálnak a szénszálas alkatrészek ragasztásához. Ez a megközelítés lehetővé teszi a maximális pontosság elérését, ami nagyon fontos a sportjachtok 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 rendkívül erős 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 szénszövetből készült vászonokat és 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 magánépítők számára különösen érdekes az olyan innováció, mint a szén felhasználása a vakolatrendszerben a homlokzatok szigetelésére.

Referencia

„Apró, 15 mikronnál kisebb átmérőjű szénszálak hozzáadása az erősítő összetételhez nagyon fontos eredményhez vezet – a homlokzat ütésállóságának többszörös növekedéséhez” – mondja Roman Ryazantsev, a CAPAROL projektmenedzsere, a terület szakértője. épülethomlokzatok védelmére és hőszigetelésére. „Különösen a CAPATECT Carbon (Caparol) vakolatrendszerben található szénadalék teszi lehetővé, hogy a homlokzat akár 60 Joule energiájú ütéseknek is ellenálljon – ez tízszer több, mint amennyit a vakolat homlokzatok hagyományos változatai képesek ellenállni.”

Ha egy nyaraló tulajdonosa úgy dönt, hogy ilyen rendszert használ otthona külső díszítésére, nemcsak a fűtési költségeket csökkenti, és kedvező belső mikroklímát biztosít, hanem megvédi a falakat minden mechanikai hatástól. A nagy jégeső összetöri a vinilburkolatot, és horpadásokat hagy a normál homokos stukkón. A törmeléket és faágakat szállító erős szél a homlokzatot is károsíthatja. A szénszálak hozzáadásával készült felület azonban nem hagy nyomot. Sőt, nem fél az olyan hétköznapi hatásoktól sem, mint a labdával vagy koronggal való ütés a gyerekjátékokban.

„Általában kőburkolattal, például porcelán kőedénnyel védik a homlokzat pincerészét a véletlen sérülésektől” – jegyzi meg Daniil Mazurov, az osztály vezetője. nagykereskedelmi értékesítés Moszkvai építőipari és kereskedelmi vállalat "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 díszítőrétegben. A szénszálas homlokzati rendszer esetében azonban nem létezik ilyen probléma.

Napjainkban Európa-szerte kezdenek megjelenni az általános háttérből kiemelkedő magánházak és kereskedelmi épületek, iskolák, óvodák, amelyeknek a karbon segített kifejező és gazdag színeket szerezni. Ahogy az orosz magánháztulajdonosok elkezdenek kísérletezni a homlokzati színekkel, távolodva a hagyományos pasztell árnyalatoktól, ez innovatív technológia keresletté válik hazánkban.

Generation Next

Ma már lehetetlen elképzelni egyetlen high-tech ipart sem széndioxid nélkül. Egyre jobban elérhetővé válik 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 több tízszer erősebbek, mint az acél, és számos más értékes tulajdonsággal is rendelkeznek.

Egy nanocső sematikus ábrázolása

Így a kanadai ruhagyártó, a Garrison Bespoke kifejlesztett egy szén nanocsövek alapú szövetből készült férfi öltönyt. Ez a szövet 0,45-ös kaliberig megállítja a golyókat és véd a szúró sebektől. Ezenkívül 50%-kal könnyebb, mint a kevlár, egy szintetikus anyag, amelyet testpáncél készítéséhez használnak. Az ilyen öltönyök minden bizonnyal divatosak lesznek az üzletemberek és a politikusok körében.

A szén nanocsövek legfantasztikusabb alkalmazásai közé tartozik az űrlift, amely lehetővé teszi, hogy drága és veszélyes rakétaindítások nélkül szállítsák pályára a rakományt. Az alapja egy nagy teherbírású kábel legyen, amelyet a bolygó felszínétől a Föld felett 35 ezer km-es magasságban, geostacionárius pályán elhelyezkedő 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. arra kényszerítettek bennünket, hogy átgondoljuk a lehetséges határait. A szén nanocsövekből szőtt milliméter vastag szál megközelítőleg 30 tonnás terhelést tud elviselni. Ez azt jelenti, hogy az olcsó és biztonságos utazás űrliftben a sci-fi cselekményből gyakorlati feladattá válik a mérnökök számára.