Композитні матеріали якості та ціни

Скловолокно, склопластик, fiberglass

Найпоширеніший і, як наслідок, найдешевший з композитних матеріалів. Незважаючи на свою дешевизну хороший склопластик володіє практично такими ж властивостями міцності як і карбон або кевлар тільки приблизно на 50 - 70% важче їх. Питома маса формованого скловолокна близько 2.5 кг на дм3, питома міцність перевищує міцні сорти сталей у 1.5 2 рази. Скловолокно зустрічається як у вигляді простих односпрямованих волокон, так і в склотканинах. Склотканини мають різні плетіння з різною міцністю в перпендикулярних площинах. Також випускають різні види стеклохолстов і стекломатов, у яких волокна мають хаотичне пресоване розташування, або рубаних волокон, або утворених однією безперервною пресованою ниткою.

При виробництві склотканини використовується парафін і якщо формувати її в такому вигляді, то хороших характеристик міцності вам не бачити. Тому скловолокно необхідно відпалити до повного видалення парафіну в муфельній печі, або придбати вже відпалену "склотканину для епоксидної смоли". Що рекомендується. Вартість 1 кг скловолокна в залежності від товщини та плетіння виробу варіюється від 500 до 5000 руб. Найдорожчими виходять дуже тонкі листи, тому що вони продаються погонними метрами і щоб купити кілограм склотканини товщиною 0.02 мм доведеться відмотати 50 метрів погонних тканини.

Карбон, вуглецеве волокно, вуглепластик, carbon

Волокна чорного кольору, що складаються з безлічі ниток товщиною від 0,005 до 0,010 мм сплетених у тканині з яких можна виготовити різні форми, з дуже високими технічними характеристиками. Самі по собі тканини невикористовуються, а використовуються як вихідна сировина просочена епоксидною смолою, з наступним застиганням утворюють дуже міцний і легкий матеріал. Міцність деяких вуглепластиків вища за високоміцну сталь сорту 25ХГСА але значно менша за її вагою. питома вага готового вуглепластику 1.5 – 2 кілограми на кубічний дециметр – у сталі 8 кг на кубічний дециметр. Різниця мас у 4 – 6 разів.

Міцність карбону в основному залежить від якості епоксидної смоли, що застосовується. Найкращі вуглетканини продаються вже просоченими смолою, залишається тільки вкласти їх у форму і відправити в автоклав для застигання.

Виготовлення форми: Щоб виготовити найпростішу матрицю необхідно мати готовий формою зразок бампера, капота або будь-якої іншої деталі виготовлених з будь-якого матеріалу, або використовуючи готовий заводський зразок. Щоб уникнути міцного склеювання зразка з майбутньою матрицею, її необхідно промазати шаром роздільника. Як роздільник може служити мило, едельвакс, віск розчинений у бензині, Циатим-221, кремнеорганічні мастила. Як основа для матриці, можна використовувати монтажну піну, гіпс, а також композитні матеріали. Якщо матриця виконується з композитних матеріалів, то найдешевшим її джерелом є скловолокно, просочене звичайною епоксидною смолою. Якщо матриця має складну форму, її доводиться робити роз'ємною, у одному чи кількох місцях. Місця роз'єму повинні бути зафіксовані та мати точну позицію один щодо одного. Найкраще підходить штифтове позиціонування з наступним скріпленням болтами.

Всі монококи найсучасніших суперкарів і формули один, виконуються з використанням вуглецевого волокна, для більшої міцності в конструкцію додають титанові та стільникові структури. Саме черезкарбонової конструкції ці автомобілі такі дорогі. Мало того, що сам матеріал не дешевий, то ще й усе виробництво відбувається практично повністю в ручному режимі.

Вартість вуглецевого волокна дуже висока і деталі, що отримуються за допомогою неї відповідно теж. Ціна за вуглеткань починається від 5000 руб за 1 кг або 5 квадратних метрів, при товщині 0.25 мм. Деякі американські винищувачі та бомбардувальники теж роблять із карбону і вартість бомбардувальника B2 наприклад: становить понад 2 мільярди доларів.

У домашніх умовах виготовити такий же міцний карбон як і в заводських, швидше за все не вийде, так як для якісного формування великих деталей, знадобиться великий вакуумний автоклав, що дозволяє формувати у вакуумі і при заданій неабияк температурі, більше 150 градусів.

Епоксидні смоли, що застигають при кімнатних температурах, не мають і половини тієї міцності, ніж полімеризовані із заданою картою температур, в умовах вакуумного автоклава.

Невеликий список компаній, що виробляють carbon:

Toray

Nippon Graphite Fiber Corporation FORMAX Porcher Industries Seal SpA SGL Group Mapei Zoltek Saertex Ballar Hexcel Corporation Taiwan Electric Insulator A&P

Кевлар - Кевлар

Пара-арамідне волокно жовтуватого кольору, що має дуже високу міцність. Міцність на розрив до 360 кг на квадратний міліметр. Штучний аналог наближений до павутини, або хоча б створений під час спроб відтворити подібний матеріал. Міцність на розрив у 3 рази вища за міцну сталь при тій же товщині. Але питома вага стала в п'ять разів вищою, отже при одній і тій же вазіматеріалів, кевлар буде в 15 разів міцнішим. Спектр застосування дуже великий. Волокна застосовуються для армування гуми в автомобільних покришках, армування електрокабелів. Окремими нитками посилюють тканини різного спец одягу, кевларові тканини використовуються у використанні бронежилетів. Кевларові рукавички захищають руки від підвищених температур та пошкоджень гострими предметами. Як композитні матеріали кевларові волокна застосовують в основному в суміші з іншими матеріалами: вугіллі і скловолокном. Міцність кевлару на розтяг у 3 рази вища ніж у скловолокна, але при цьому він вдвічі легший. Кевлар продається в нитках, тканинах, стрічках і ціна за кілограм приблизно така сама, як і у карбону близько 5000 руб за кілограм. Розкид цін тут набагато вищий, тому що кевлар використовується не тільки як композиційні матеріали, тканини та стрічки мають ціну ще й як виріб, а не тільки як сировину. Наприклад балістичні тканини для бронежилетів.

Порівняння частки армуючих волокон і розривної міцності.