Полимерные композиционные материалы получили широкое применение не только в мире производства и тюнинга спортивных автомобилей, но и в авиации, судостроении. Ранее мы рассматривали, как самостоятельно оклеить кузовную деталь пленкой под карбон. Сейчас рассмотрим, как изготовить карбон своими руками.
Методы изготовления
Карбонопластики, а именно так еще называют композитные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, могут быть изготовлены 3-мя способами:
- метод ручной формовки;
- способ вакуумной формовки;
- изготовление с выпеканием в автоклавах.
Изготовление карбоновых элементов в промышленных масштабах требует дорогостоящего оборудования, поэтому в домашних условиях карбон можно произвести только методом ручной либо вакуумной формовки. 
Что нужно для изготовления
Для изготовления карбона вам потребуется:
- углеродное волокно. Различается способом плетения и плотностью, измеряющейся в граммах на метр квадратный (гр/м2);
- разделитель (к примеру, Loctite 770 NC). Применяется для легкого разделения карбонового элемента и матрицы после высыхания. Материал наносится на матрицу детали либо горизонтальную поверхность, на которую будет укладываться лицевой слой карбонового элемента. Лицевой слой может быть только один, если на обратной стороне не требуется создание красивой карбоновой текстуры;
- матрица. Для создания горизонтальных деталей можно использовать кусок стекла либо зеркала. Поверхность должна быть как можно ровнее, так как все дефекты покрытия отформуются на изготовленной детали;
- эпоксидная смола (к примеру, EPR 320);
- отвердитель к смоле (как вариант – EPH 294);
- инструмент для выкройки углеродного волокна. Можно использовать обычные ножницы, но будьте готовы к тому, что резка волокна быстро затупит инструмент. Если планируете изготавливать карбоновые детали серийно, рекомендуем купить электроножницы (эффективность продемонстрирована на видео).
Необходимость дополнительных инструментов и материалов зависит от выбранного способа изготовления. Как бы вы ни старались, но изготовить прочный карбон методом ручной формовки без дополнительной термообработки не получится.
Метод ручной формовки
Методика производства достаточно проста:
- поверхность матрицы очищается от всех загрязнений;
- равномерно по всех поверхности, в несколько тонких слоев наносится разделитель;
- на поверхность наносится слой приготовленной смолы;
- укладывается слой углеродистой ткани;
- волокно пропитывается эпоксидной смолой. Между первым слоем и матрицей, а также между последующими слоями не должно быть пузырей воздуха. Распределять смолу можно обычной кисточкой, пузыри воздуха удобно выгонять валиком;
- накладывается следующий слой, после чего процедура повторяется до набора необходимой толщины детали;
- после укладки финального слоя горизонтальные детали можно спрессовать ответным куском стекла либо зеркала. В таком случае обе стороны детали получат глянцевую поверхность и четкую структуру карбона.
Поскольку стоимость углеродного волокна нельзя назвать демократичной, между первым и последним слоем углеродной ткани можно укладывать стекловолокно. Стеклоткань не должна быть грубой, чтобы не нарушать финальную форму.
Для удешевления изготовления облегченных деталей часто элемент лишь ламинируется углеродным волокном – оно укладывается только в качестве лицевого слоя кузовного элемента автомобиля.
Метод вакуумной формовки
Помимо стандартного набора материалов и инструментов, для изготовления карбоновых элементов методом вакуумной инфузии вам потребуются:
Духовой шкаф для постотвержения элементов из карбона можно также соорудить своими руками. Учтите, что термическая обработка должна производиться при определенной температуре, поэтому следует продумать возможность регулировки и поддержания заданного градуса.
Технология вакуумной инфузии предполагает сборку «бутерброда» из карбоновой ткани и помещения его в герметичное пространство. После укладки происходит откачка воздуха и подача к заготовке смолы. Пропитанную смолою ткань оставляют под вакуумом на 20-30 минут, герметизируя трубки подачи смолы и отбора воздуха. Для начального отвержения достаточно 24 часа и комнатной температуры, после чего деталь из карбона следует отправить на постотвержение в духовой шкаф. Расписывать метод вакуумной инфузии в деталях мы не стали, так как процесс подробно показан на видео.
Был у одного нашего заказчика такой проект: сделать линейку техники с корпусами из углеродного волокна. Лёгкие, прочные, красивые - сплошные плюсы. Только цена кусается. Вот и командировали меня на разведку: узнать как бы сделать то же самое, но подешевле.
Честно говоря, я ни разу до этого не видел, как производятся подобные вещи, и даже не представлял себе всю технологию. Поэтому сразу и с удовольствием взялся за задачу.
Но оказалось, что попасть на завод не так просто. Два производителя под разными предлогами отказались встречаться на производстве и настойчиво звали к себе в офис. У третьего офис и производство были в одном здании, и я недолго думая поехал к нему.
Завод выглядит вполне прилично, меня проводят в переговорную-шоурум.
От разнообразия образцов разбегаются глаза: карбоновый велосипед, детали для авто и мототюнинга, всякие штуковины непонятного назначения.
Целиковый капот для BMW - мечта пацанов с раёна.
Иногда в карбоновую ткань вплетают цветные нити: красные или синие, выглядит очень необычно.
Детали, покрашенные целиком, сразу и не отличишь от обычных. Обычно спортсмены так делают: им нужен низкий вес, а не понты:)
Мотошлем.
И нечто, неизвестно для чего нужное.
Но главной целью моего визита, было вот это:
Чехол для iPad. Меня интересовал не сам чехол, конечно, а похожие на него штуки: детали для корпусов телефонов, ноутбуков, планшетов. Было важно разобраться в технологии произодства, понимать, как правильно их проектировать, чтобы это было максимально дешево и технологично. Поэтому после долгих переговоров и уговоров я всё-таки напросился на экскурсию по цеху.
Производство занимает один этаж здания, тут чисто, но довольно пустынно.
Карбоновое полотно с нанесенным клеящим слоем поступает в рулонах. Оно бывает разной толщины, с разным рисунком плетения. Хранится в специальных холодильниках.
Ткань нарезается на куски по выкройке, и наклеиваются в несколько слоёв на матрицу. Матрицы бывают лёгкими, из чего-то типа пластика и с увеличенным ресурсом, из алюминия.
Матрицы, идущие в работу раскладываются прямо на полу, каждая в своём секторе.
Сам процесс наклейки карбона был расположен за стеклянными дверьми, но мне наотрез отказались его показывать, мол страшная коммерческая тайна. Но я не думаю, что там есть что-то секретное, просто вырезают ножницами, и укладывают лоскутки в форму.
После этого каждую деталь упаковывают в вакуумные пакеты.
Откачивают из пакетов воздух и загружают в одну из двух печей, побольше или поменьше.
Готовые детали извлекают из матриц. Если деталь сложной формы, то и матрица для неё будет сложносоставной, из нескольких частей.
Контроль качества перед сдачей на склад.
Как вы догадываетесь, это не весь процесс. Теперь у деталей нужно обрезать края и покрасить их лаком. Но это делается на другой площадке, у субподрядчика. Предлагали поехать посмотреть, но я отказался - вот там уж точно ничего нового.
Ой, вом же наверное интересно узнать про цены? Так вот, карбоновый чехольчик на iPad стоит с завода 25 долларов. А велосипед - несколько тысяч. Улыбаться перестанешь, как говорит один мой знакомый. И вариантов снижения особо не видать, слишком мелкосерийное производство, слишком много ручного труда.
Но вы всё же улыбнитесь. Вот вам напоследок картинка обычной китайской жизни, которую я снял перед воротами этого завода.
Формование из препрегов происходит следующим образом:- производится форма или модель будущей детали из различных материалов (гипс, дерево и т.д.);
— на данную форму накладывают необходимое количество слоев препрега;
— помещают это все в автоклав, и под воздействием высокого давления и температуры осуществляется отверждение препрега;
— отвержденное изделие подвергают отделке и зачистке.
Часто при этом дополнительно используют и вакуумный мешок, это менее безопасно, но имеет ряд преимуществ. Подробнее о использовании вакуумного мешка будет сказано в следующем методе.
При формовании из препрегов одновременно протекают несколько сложных процессов:
Полимеризация компаунда – или отверждение;
Вакуумное удаление излишков смолы и воздуха;
Прижатие слоев к матрице под высоким давлением (порядка 20 атмосфер) для их уплотнения и выравнивания.
Этот метод производства деталей из карбона довольно сложный и финансово затратный процесс, не подходит для массового и серийного производства деталей.
Формование в форме с помощью вакуумного мешка
Вакуумный Мешок можно использовать и без автоклава, если поместить все в вакуумный мешок и создать внешнее давление, то мешок равномерно прижмет препрег к форме. Это как поместить деталь в пакет и выкачать из него воздух. Такое формование имеет название формование с помощью вакуумного мешка.
Весь процесс можно разделить на 6 этапов:
Покрытие формы разделительным веществом (воск, грунтовка и т.д.).
Раскладывание абсолютно ровно углеткани в форме без морщин, пузырей и других дефектов.
Каждый слой пропитывается смолой. Слои можно чередовать со стеклотканью, базальтовой тканью и другими композиционными материалами.
Укладка перфорированной пленки для отжима смолы и воздуха.
Укладывается впитывающий слой.
Размещение в вакуумном мешке и подключение насоса.
Аппликация
Этот метод используют для домашнего производства деталей. Он состоит из пяти этапов:
Подготовительный, включает в себя зашкуривание формы. Обезжиривание и сглаживание острых углов.
Нанесение соединительного вещества, например, эпоксидной смолы с отвердителем. В противовес предыдущим методам, в которых наоборот наносят разделительные вещества для легкого извлечения карбоновой детали из формы.
Приклеивание слоев углеткани с помощью эпоксидной смолы и отвердителя.
Сушка детали.
Нанесение защитного покрытия (лак или краска).
В результате этого метода карбон утолщает оклеиваемую деталь. Таким методом часто упрочняют капоты, бамперы, приборные доски в автотининге, а также в силу простоты получают и всевозможные другие детали. Даже применяют оклеивание формы из пенопласта, который и остается внутри детали, но оболочка довольно прочная.
Другие методы
Существует множество других методов , и они постоянно развиваются и совершенствуются. Идет постоянный поиск новых технологий, позволяющих снизить энергозатраты, количество ручного труда и других издержек.
Так, новой технологией стало производство крыльев и хвоста Российского гражданского самолета МС-21 . Технология была куплена у австрийской компании FACC. Данная технология является самой передовой в мире, так как обеспечивает экономическую эффективность при обеспечении необходимых свойств материала, все остальные технологии отличаются дороговизной производимых деталей.
Новая технология, называемая как трансферное формование пластмасс с помощью вакуума (VaRTM) , позволяет экономически выгодно наладить серийное производство таких ответственных деталей самолета, как крылья, хвост и т.д. К этим деталям предъявляются самые жесткие требования, прочность таких деталей должна быть 6000 МПа.
Укрепление углеволокна пластиком по данной технологии позволило добиться получение материала, отвечающим всем требования авиастроения. Кроме того, это позволило снизить себестоимость производства самолетов в целом. Ни одна фирма в мире раньше не производила такие большие и ответственные детали по данной технологии.
Полимерные композиционные материалы получили широкое применение не только в мире производства и тюнинга спортивных автомобилей, но и в авиации, судостроении. Ранее мы рассматривали, как самостоятельно . Сейчас рассмотрим, как изготовить карбон своими руками.
Методы изготовления
Карбонопластики, а именно так еще называют композитные материалы из переплетенных нитей углеродного волокна, могут быть изготовлены 3-мя способами:
- метод ручной формовки;
- способ вакуумной формовки;
- изготовление с выпеканием в автоклавах.
Изготовление карбоновых элементов в промышленных масштабах требует дорогостоящего оборудования, поэтому в домашних условиях карбон можно произвести только методом ручной либо вакуумной формовки.
Что нужно для изготовления
Для изготовления карбона вам потребуется:
- углеродное волокно. Различается способом плетения и плотностью, измеряющейся в граммах на метр квадратный (гр/м2);
- разделитель (к примеру, Loctite 770 NC). Применяется для легкого разделения карбонового элемента и матрицы после высыхания. Материал наносится на матрицу детали либо горизонтальную поверхность, на которую будет укладываться лицевой слой карбонового элемента. Лицевой слой может быть только один, если на обратной стороне не требуется создание красивой карбоновой текстуры;
- матрица. Для создания горизонтальных деталей можно использовать кусок стекла либо зеркала. Поверхность должна быть как можно ровнее, так как все дефекты покрытия отформуются на изготовленной детали;
- эпоксидная смола (к примеру, EPR 320);
- отвердитель к смоле (как вариант – EPH 294);
- инструмент для выкройки углеродного волокна. Можно использовать обычные ножницы, но будьте готовы к тому, что резка волокна быстро затупит инструмент. Если планируете изготавливать карбоновые детали серийно, рекомендуем купить электроножницы (эффективность продемонстрирована на видео).
Необходимость дополнительных инструментов и материалов зависит от выбранного способа изготовления. Как бы вы ни старались, но изготовить прочный карбон методом ручной формовки без дополнительной термообработки не получится.
Метод ручной формовки
Методика производства достаточно проста:
- поверхность матрицы очищается от всех загрязнений;
- равномерно по всех поверхности, в несколько тонких слоев наносится разделитель;
- на поверхность наносится слой приготовленной смолы;
- укладывается слой углеродистой ткани;
- волокно пропитывается эпоксидной смолой. Между первым слоем и матрицей, а также между последующими слоями не должно быть пузырей воздуха. Распределять смолу можно обычной кисточкой, пузыри воздуха удобно выгонять валиком;
- накладывается следующий слой, после чего процедура повторяется до набора необходимой толщины детали;
- после укладки финального слоя горизонтальные детали можно спрессовать ответным куском стекла либо зеркала. В таком случае обе стороны детали получат глянцевую поверхность и четкую структуру карбона.
Поскольку стоимость углеродного волокна нельзя назвать демократичной, между первым и последним слоем углеродной ткани можно укладывать стекловолокно. Стеклоткань не должна быть грубой, чтобы не нарушать финальную форму.
Для удешевления изготовления облегченных деталей часто элемент лишь ламинируется углеродным волокном – оно укладывается только в качестве лицевого слоя кузовного элемента автомобиля.
Метод вакуумной формовки
Помимо стандартного набора материалов и инструментов, для изготовления карбоновых элементов методом вакуумной инфузии вам потребуются:
Духовой шкаф для постотвержения элементов из карбона можно также соорудить своими руками. Учтите, что термическая обработка должна производиться при определенной температуре, поэтому следует продумать возможность регулировки и поддержания заданного градуса.
Технология вакуумной инфузии предполагает сборку «бутерброда» из карбоновой ткани и помещения его в герметичное пространство. После укладки происходит откачка воздуха и подача к заготовке смолы. Пропитанную смолою ткань оставляют под вакуумом на 20-30 минут, герметизируя трубки подачи смолы и отбора воздуха. Для начального отвержения достаточно 24 часа и комнатной температуры, после чего деталь из карбона следует отправить на постотвержение в духовой шкаф. Расписывать метод вакуумной инфузии в деталях мы не стали, так как процесс подробно показан на видео.
– полимерного композитного материала из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из эпоксидных смол. Наиболее распространенные из них следующие:
- способ ручного формования;
- способ инжекции полиэфирной смолы;
- способ вакуумной инфузии.
С чего начинается изготовление
Итак, для самостоятельного создания детали, в первую очередь необходимо сделать форму. Для этого можно использовать практически любой материал, способный удерживать заданную форму и с которым Вам удобно работать. Это может быть и гипс, и цементный раствор, и пластмасса, и дерево, и металл – всё зависит, того, что за деталь Вы изготавливаете, и с чем лично Вам легче работать.После того, как форма готова (затвердела, высохла – если это необходимо), наносим валиком, кистью или распылителем на её поверхность гелькоат – вещество, изготавливаемое на основе эпоксидной виниэфирной смолы. Оно будет выполнять роль защитного и декоративного наружного слоя нашего будущего изделия, за счет достаточно высокой прочности и широкой цветовой гаммы, из которой Вы должны выбрать необходимый Вам оттенок. Гельконат будет замечательно предохранять деталь от агрессивной внешней среды, в том числе от воздействия влаги и солнечного света.
После того, как гельконат высохнет, можно приступать к формовке самого изделия. Для этого мы проводим раскройку углеродного материала (это может быть стеклоткань, стекломат или ткань из углеволокна) под необходимый размер, размещаем в подготовленной матрице (нашей форме) и наносим валиком или кистью связующую смесь, состоящую из полиэфирной смолы и затвердителя. Делать это нужно максимально аккуратно и качественно, особенно следя за тем, чтобы в структуре детали не было пузырьков воздуха. Для этой же цели, по окончании формовки, но до её затвердевания, «прокатываем» деталь жестким валиком, выдавливая из неё пузырьки воздуха (чем больше воздуха останется в матрице после высыхания, тем менее надежной будет Ваша деталь!
Делаем карбон в домашних условиях
Проблемой изготовления деталей из карбона своими руками является высокая стоимость, потому что для создания углепластикового покрытия необходимы только самые качественные материалы, стоимость которых не мала.При создании карбоновой поверхности, очень важно уделить внимание тому факту, чтобы не было наличия пузырей на поверхности деталей. Для этого необходимо инициализировать процесс вакуумной инфузии или формовки. Оборудование для таких операций стоит около 150-200 долларов, что и делает произведение карбона своими руками и в домашних условиях довольно дорогим занятием, так как на закупку необходимого оборудования и материалов, вроде эпоксидной смолы и прочего, вам потребуется вложить около 15 тысяч рублей. Но с таким оборудованием вы действительно сможете производить качественные детали, которые смогут посоперничать по своим показателям с теми, которые продаются на авторынках и в магазинах. С таким показателем качества можно всерьез задуматься о продаже своих собственных изготовленных запчастей через интернет или на тех же специализированных рынках. Главное не пожалеть деньги на вакуумный насос и другое оборудование.
Получение формы, применение детали
После полного затвердевания детали, а на это, в зависимости от типа смолы и количества затвердителя может уйти от нескольких часов, до нескольких суток, мы аккуратно извлекаем деталь из формы, ножницами, лобзиком, либо ножовочным полотном с мелким зубом (по металлу или пластику) срезаем излишки затвердевшей смолы и материала, в случае необходимости, высверливаем, либо выпиливаем необходимые отверстия (причем делать это надо аккуратно, чтобы излишне не повредить наружный слой гельконата (сверлить отверстия надо начинать с наружной стороны), а пропилы делать мелкозубым полотном или растачивать напильником. После того, как все операции выполнены, места, поврежденные в результате сверления и пилки, можно повторно обработать гельконатом (не забудьте дать ему высохнуть).Всё! Деталь готова, можно монтировать её на автомобиль и наслаждаться результатами тюнинга своими руками!
В заключении хочу отметить, что основным преимуществом данного метода является его доступность в домашних условиях и сравнительно низкая стоимость исходных компонентов, а основным недостатком, как Вы наверное догадываетесь, трудоемкость процесса, причем основное время уходит не на производство детали, а на подготовку формы. Но если Вы не испугаетесь этих проблем, Вы получите по настоящему эксклюзивную деталь для тюнинга, которой не будет больше ни у кого!!!
