Углеволокно в домашних условиях. Авто обзоры. Метод вакуумной формовки

Автомобиль сегодня становится чем-то большим, чем просто средством передвижения. Владельцы машин любят их, пытаются , добавив что-то особенное внешнему виду. Такой вид модернизации называется стайлинг и включает огромное количество различных способов добавления красоты. Это и бампера, и обвесы, и фары замысловатых форм, и тонировка, и различные способы покраски деталей. Очень распространёнными среди автолюбителей являются детали из карбона (или углепластика), которые пользуются огромной популярностью, причём, скорее, из-за необычного внешнего вида, а не из-за своих аэродинамических свойств. В этой статье мы расскажем, как сделать углепластик своими руками.

Характеристики карбона

Углепластик обладает рядом выдающихся качеств, таких как очень высокая прочность при малом весе. Зачастую детали из карбона прочнее даже, чем стальные аналоги, а весят при этом гораздо меньше. Благодаря таким характеристикам, детали из этого материала находят широкое применение во многих сферах промышленности. В основном это ракетостроение, самолётостроение и судостроение, так как в этих областях такие параметры материалов нужны больше всего. При этом производство углепластика связано с рядом технических сложностей, таких как необходимость постоянного контроля условий изготовления с применением очень дорогостоящих и энергозатратных методов. Если же отказаться от подобного контроля, то существует огромный риск того, что получатся гораздо хуже ожидаемых. Причиной этому может послужить малейшее отклонение от рекомендуемых параметров производства. Также настоящий материал плохо выдерживает удары, в результате чего даже незначительная деформация может повредить деталь из углепластика.

Эти же характеристики стали причиной того, что детали из карбона стали широко применяться при подготовке гоночных автомобилей, а благодаря их своеобразному внешнему виду, этот материал стал пользоваться немалой популярностью среди обычных автолюбителей. Поэтому изготовление деталей из карбона является очень распространённой задачей многих водителей, которые мечтают во внешность своей машины.

Способы изготовления карбона

Для того чтобы изготовить деталь автомобиля из углепластика, совсем необязательно идти в специализированный автосервис, ведь запросто можно сделать карбон своими руками. Есть несколько способов изготовления карбона. Ниже мы разберём только те способы, которые подойдут для применения в домашних условиях.

Изготовление деталей с помощью ручного давления

Этот способ отлично подойдёт для самостоятельного изготовления деталей из углепластика. Отличается он тем, что для его реализации не потребуется дорогостоящее оборудование, а значит, вы сможете изготовить себе карбоновые детали без ощутимых затрат.

Для проведения работ вам потребуется ряд инструментов: карбоновый лист, отвердитель, эпоксидная смола, валик для выдавливания пузырей и кисть для нанесения смолы.

Также вам потребуется форма, по которой вы будете изготавливать деталь. В первую очередь необходимо нанести на форму разделительный воск и дождаться его высыхания. После этого следует нанести эпоксидную смолу, на которой начать формировать слой углепластика. Следите за тем, чтобы под слоями карбона не оставалось пузырей, а его сцепление с формой было максимальным. Для этого следует воспользоваться валиком.

После того как заготовка полностью высохнет, можно достать деталь, почистить её и покрыть лаком для обеспечения защиты покрытия.

Изготовление формы с использованием вакуума

Первые шаги в изготовлении этим способом похожи на предыдущий. Изменения присутствуют в самой форме и в порядке действий, после того как все слои углепластика выложены на форму. После этого необходимо поместить всю конструкцию в вакуумную плёнку и подключить к ней вакуумный насос. Насос откачает весь воздух и создаст давление для лучшего приставания детали к форме.

Этот способ очень хорош и позволит получать качественные детали. Однако обойдётся он довольно дорого, особенно по сравнению со способом ручного формирования: вакуумный насос стоит порядка 200 долларов.

Способ обклейки

Заключается этот способ в том, чтобы готовые детали автомобиля обклеить карбоновым материалом, а не изготавливать новые. Это не облегчит конструкцию автомобиля, зато позволит повысить прочность деталей. Например, можно обклеить , бампера или приборную панель.

Порядок действий для этого способа следующий:

1. Сначала необходимо подготовить ту поверхность, которую вы собираетесь обклеивать. Для этого необходимо её тщательно очистить, избавиться от резких углов и обезжирить. Далее, следует нанести клей на поверхность, а материал пропитать эпоксидной смолой и отвердителем. Карбоновые листы нужно приклеить к поверхности, избегая образования пузырей, после чего высушить её и покрыть лаком.
2. Не путайте обклейку углепластиком и обклейку карбоновой плёнкой. В этом случае карбоновая плёнка представляет собой обычный автовинил с рисунком, похожим на покрытие из углепластика. Он применяется исключительно в декоративных целях и не несёт цели сделать детали прочнее или легче. Тем не менее, если вам важна только внешность, этот способ может вам подойти - осуществить его легче и дешевле всего. Однако делать этого мы не советуем, так как окажут не самое лучшее влияние на покрытие кузова вашего автомобиля.

Таким образом, вы теперь знаете, как сделать карбон самостоятельно. Для этого потребуется лишь наличие материала, умение обращаться с инструментами и некоторое терпение. Если эта статья оказалась для вас полезной, напишите нам.

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.

Для производства карбона, кевлара и других композитов на основе углепластика, применяется несколько распространенных технологий. требуется. В зависимости от выбранной технологии Вам понадобится то или иное специальное, профессиональное оборудование. На данный момент существует несколько наиболее распространенных технологий переработки (производства) углепластика (карбона), в числе которых можно выделить 3 основных:

I. Технология Вакуумбэгинга (Vacuum bagging) – производство композита с использованием вакуумного мешка.

Основные компоненты:

Суть: В оснастку обработанную наносится , после доведения до состояния «на отлип» укладывается и пропитывается связующим ( кистью или валиком . После, укладывается жертвенный слой , перфорированный слой , впитывающий (распределяющий вакуум) слой .

Далее делается вакуумный мешок: накрываем вакуумной пленкой оснастку, пленка крепится к оснастке с помощью герметизирующего жгута . Герметизируем форму. Откачиваем воздух .

Особенности: при использовании духового шкафа можно получать более качественные компоненты за более короткое время.

Плюс технологии: Используя эту технологию можно делать качественные и достаточно недорогие компоненты малых и средних размеров.

Минус технологии: в том, что процесс пропитки армирующего материала () является открытым (идут испарения летучих веществ из связующего), а следовательно не безопасным для персонала. Обязательно использование защитной маски и перчаток при работе.

II. Технология Вакуумной инфузии (Vacuum infusion) – технология пропитки армирующего материала с помощью разрежения.

Основные компоненты:

5. вакуумная пленка

Суть: Эта технология позволяет производить качественные и относительно недорогие компоненты средних и больших размеров с отличным качеством внешнего вида.

Особенности: для пропитки используется связующее низкой вязкости.

Плюс технологии: главное положительное качество технологии вакуумной инфузии в том, что при выкладке армирующего материала ( , ) в форму он остается сухим, а следовательно, это не ограничивает время работы. Кроме того процесс является «чистым». Т.е. не происходит активного испарения летучих компонентов связующего, следовательно более безопасным для рабочего по сравнению с вакуум бэгингом.

Из минусов: можно отметить повышенные требования к квалификации рабочего, его внимательности и аккуратности. Также то, что компоненты могут получаться с бо льшим содержанием связующего по сравнению с вакуум бэгингом.

III. Технология производства композита с использованием препрега.

Основные компоненты:

1. оснастка (стойкая к температуре)

7. * автоклав

* – специальное профессиональное оборудование (мощный герметичный сосуд) для создания, удержания и контроля повышенного давления воздуха (6-8 атмосфер) и температуры (80-160°C).

Суть: процесс работы с препрегом похож на Технологию вакуумбэгинга. В оснастку обработанную «горячим» .

Использование автоклава при переработке препрегов не является обязательным (достаточно вакуумного мешка и печи), но при использовании, позволяет получать изделия высочайшего качества (характеристика прочность-вес).

Используется при производстве высокопрочных композиционных деталей: монококи, детали подвески и кузова Формулы1, суперкаров, детали самолетов, аэрокосмические компоненты, протезы, профессиональное спортивное оборудование.

Стоит отметить, что данная технология является наиболее дорогой при производстве композитов на основе карбона. Это связанно не только со стоимостью самого автоклава но и расходами на электроэнергию.

Плюс технологии: низкая сложность укладки ламината, чистый процесс, высокое качество композита.

Минус технологии: гораздо более дорогой процесс (по сравнению с вакуум бэгингом, вакуумной инфузией). Также необходимо отметить повышенные требования к оснастке (высокая температура полимеризации).

Необходима холодильная камера для хранения . Но даже при правильном хранении (-18С) срок годности материала не превышает 12 месяцев.

Из вышесказанного можно сделать вывод, что именно сложность в технологии изготовления и высокий уровень квалификации рабочих обуславливает достаточно высокую цену компонентов из карбона. Наша компания за 7 лет работы накопила опыт и знания позволяющие решать любые задачи при производстве изделий из композитов. Имеется необходимое оборудование для производства любых изделий из карбона, в том числе, различных сложных, оригинальных конструкций для авиационной и космической отрасли, профессионального спорта, медицины, тюнинга автомобилей и мотоциклов.

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

Делаем карбон в домашних условиях

Получение формы, применение детали