Карбон своїми руками

Основними матеріалами для виготовлення карбону є епоксидні компаунди та вуглецеве полотно.

Технологія виробництва карбонових виробів заснована на технологічних особливостях поліефірних та епоксидних смол, які ще помилково називають компаундами. Але що таке компаунд? Компаундами правильніше назвати суміш смоли з затверджувачем та наповнювачем, тому що «компаундування» - це змішування.

Які бувають компаунди

Такі суміші - компаунди бувають холодного затвердіння та гарячого, що визначається видом затверджувача. Суть процесу затвердіння полягає у перетворенні молекули смоли з реакційноздатними епоксидними групами (= С — С =) у макромолекулу при реакції з амінами, ангідридами органічних кислот, фенолформальдегідними смолами, що містяться в затверджувачах. При введенні затверджувачів епоксидні смоли переходять з рідко-в'язкого стану олігомерів у твердий неплавкий і нерозчинний стан полімерів-поліепоксидів. Тобто молекули епоксидної смоли зшиваються і набувають сітчастої структури.

Теплостійкість затверділих компаундів 150...250 °С.

Найбільшого поширення набули компаунди епоксидні холодного затвердіння, як найпростіші у використанні. Але вони мають низку недоліків, які призводять надалі до розтріскування, розшаровування, пожовтіння виготовлених з них деталей автомобіля.

Це зумовлено їхньою низькою стійкістю до впливу ультрафіолету, високих температур. Це можна уникнути, якщо покрити поверхню лаком, фарбою і додавши наповнювач. Виріб вийде важчим, зате й міцнішим. Для виготовлення карбону застосовуються методи з використанням усіх видів компаундів, що визначається розмірами деталі,навичками та оснащенням.

Достоїнства епоксидних смол і компаундів

Епоксидні смоли для карбону та компаунди на їх основі є популярним та оптимальним сполучним для волокнистих армуючих матеріалів. І для цього вони мають широкий спектр споживчих і технологічних переваг:

• Відмінна адгезія до більшості армуючих матеріалів, наповнювачів та підкладок;
• Великий вибір марок епоксидних смол та отверджувальних агентів з різноманітними технічними параметрами, що дозволяє отримати після затвердіння матеріали з широким спектром властивостей;
• Хімічна реакція між епоксидними смолами та затверджувачами протікає без виділення води та летких речовин – процес контролюємо та безпечний (необхідно враховувати кількість тепла в деяких рецептурах).
• Усадка при затвердінні нижче, ніж з використанням фенолформальдегідних або поліефірних смол, та її величину легко регулювати застосуванням різних наповнювачів;
• Сучасні модифікації епоксидних смол дають можливість вибрати марку з певною температурою, швидкістю та часом затвердіння, що дуже важливо при масовому виробництві;
• Затверділі компаунди чудові діелектрики з високим об'ємним опором.
• Вони стійкі до впливу води, високих температур, кислот та лугів.

Але спочатку епоксидні смоли застосовувалися тільки як універсальні клеї, заливання обмоток трансформаторів і двигунів, герметизації стиків електричних кабелів, при виготовленні моделей і форм.

При появі вуглецевого полотна та з розвитком композиційних матеріалів епоксидні смоли знайшли широке застосування при виготовленні вуглепластиків. Тому поряд з використанням епоксидних компаундів як клеї вонизнаходять застосування при отриманні шаруватих пластиків та волокнисто-намоткових композитів в електронній, хімічній, автомобільній промисловості та при виготовленні спортивного інвентарю.

Компаунди холодного затвердіння

«Холодні» технології вимагають тривалої підготовки оснастки та додаткового обладнання для вакуумних процесів видалення повітря із суміші. Цей метод трудомісткий та придатний для дрібносерійного виробництва деталей певного перерізу. Усі компоненти необхідно ретельно перемішувати та суворо дозувати.

Затвердіння відбувається при кімнатній температурі або при нагріванні до 70-80 С. Все, що вище, стосується компаундів гарячого затвердіння.

Компаунди гарячого затвердіння

Епоксидні смоли гарячого затвердіння міцніші, але при кімнатній температурі полімеризація йде дуже повільно. Ця властивість використовується при виготовленні препрег - заготовок для формування. Вони представляють листи карбону, в яких смола з затверджувачем в рідкому вигляді нанесені на углеполотно, а реакція затвердіння практично не йде при кімнатній температурі і запускається при нагріванні.

Такі заготовки можуть зберігатися від кількох годин до кількох тижнів, залежно від марки смоли та призначення.

Безпосередньо при виготовленні деталі нагрітий компаунд стає рідким і розтікається, заповнюючи весь обсяг робочої форми та процес полімеризації прискорюється.

Кожна марка смоли гарячого застосування має власні температурні та часові режими затвердіння. Тому при виборі необхідно звертати увагу на ці параметри та можливості свого обладнання.

Рекомендації щодо вибору смоли та приготування компаунду

При виборі смоли доцільно орієнтуватися на розміри, умовиексплуатації готового виробу та свій досвід.

1. «Повільні» смоли застосовують для великогабаритних виробів і якщо роботи проводяться при високих температурах, а також при малому досвіді, щоб встигнути розправити всі складки тканини і обережно викласти просочену смолою вуглеткань до моменту початку полімеризації. Необхідно пам'ятати, що підвищення температури прискорює полімеризацію будь-якого компаунду. Що температура в приміщенні, то повільніше має бути смола. У холодному приміщенні можна використовувати швидкі смоли.

2. Якщо готовий виріб буде експлуатуватися на вулиці, необхідно вибирати смоли з ультрафіолетовими фільтрами та стійкі до високих температур. Тобто, обов'язково звертати увагу на робочі технічні характеристики. Можна при універсальній смолі використовувати лаки із захисними властивостями.

3. Якість затверділого компаунду визначається не лише його технічними та споживчими характеристиками, а й точністю дозування та ретельністю перемішування всіх компонентів.

Споживчі характеристики готового виробу можна змінювати підбором затверджувачів різних марок.

Спроби прискорити або уповільнити час полімеризації самостійною зміною пропорцій може призвести до погіршення характеристик готового компаунду. Збільшене дозування затверджувача прискорить затвердіння, але захрумтить готовий виріб, і міцність буде нижчою. Якщо кількість затверджувача менша за нормативну, суміш може взагалі не затвердіти.

Перемішувати всі компоненти суміші потрібно не менше хвилини.

4. Оскільки смола відноситься до термореактивних речовин, при полімеризації виділяється екзотермічне тепло. Проходить хімічна реакція. І що швидше проходить реакція, то більше виділяється тепла. Тому при роботі необхідно дотримуватися запобіжних заходів:не торкатися руками, не вдихати пари гарячої смоли, не використовувати займисті матеріали.

Час, поки суміш залишається у рідкому стані, називається часом життя. Проміжок часу від рідкого до твердого стану — час гелеутворення. Проміжок часу від повного змішування до повного затвердіння час полімеризації.

У стадії початкового затвердіння (матеріал пружний, а при натисканні нігтем залишається слід) може наноситися наступний шар тканини та смоли, тому що в цей момент новий шар з'єднується з попереднім в одне ціле, ще йде хімічна реакція. Якщо упустити цей момент, надалі нанесення шарів можливе лише при ретельному шліфуванні та поліруванні поверхні. З'єднання йтиме вже за рахунок капілярного ефекту. Інакше може відбуватися розшаровування.

Видобувати готовий виріб можна лише після повного затвердіння. Але остаточний набір міцності триватиме ще протягом місяця.

Таким чином, час гелеутворення необхідно знати, щоб розрахувати час змішування компаунду та нанесення шарів. А час полімеризації визначає витримку та момент вилучення виробу з матриці. Виробники пропонують затверджувачі різних марок, якими можна коригувати час полімеризації.

Щоб не помилитися при самостійному підборі всіх компонетів суміші, краще купувати смолу та затверджувач у наборах, звертаючи увагу на час полімеризації готової суміші.

Наповнювачі для компаундів

Для підвищення щільності та загущення смоли використовуються різні наповнювачі після ретельного перемішування смоли та затверджувача.

Це можуть бути бавовняні вовкна, рубане скловолокно та скляні сфери, рубане та мелене вуглеволокно, металева пудра, тальк. ТочнийДозування зазвичай не потрібно і тут поле для ваших експериментів. Густі суміші використовуються для заповнення зазорів та моделювання форми.

Спеціальні добавки

Для надання особливих властивостей, таких як стійкість до ультрафіолету, високих і низьких температур, фарбування застосовуються спеціальні добавки.

Надлишки смоли легко видаляються ацетоном. Це знадобиться. Якщо ви забруднили руки. Але краще працювати у рукавичках.

Головним виробником вуглеполотна на сьогоднішній день є Тайвань. Склотканина (скломат) дешевше і її використовують для виготовлення склопластику або прошаровують шари нею вуглепластика. Якщо вас намагаються переконати, що зі склотканини можна виготовити карбон – не вірте. Це буде інший матеріал за ціною карбону.

Отже, при виборі компаунду для карбону важливими параметрами є:

• Співвідношення смолу: затверджувач,
• В'язкість суміші за Брукфільдом при 22 °С,
• Життєздатність при 22 °С,
• Час гелеутворення,
• Час повного затвердіння,
• Міцність при розтягуванні,
• Міцність при статичному вигині,
• Теплостійкість.
• Оптимальний час затвердіння - 24 години при 22-24 °С.

Якщо досвіду мало, можна зробити пробну суміш тест, щоб визначити час початку гелеутворення для фактичних температури і вологості в приміщенні.

---