Кевлар, карбон, стекловолокно, стоимость и свойства
Стекловолокно, стеклопластик, fiberglass
Самый распространенный и как следствие, самый дешевый из композитных материалов.
Несмотря на свою дешевизну хороший стеклопластик обладает практически такими же прочностными свойствами
как и карбон или кевлар только примерно на 50 - 70% тяжелее их.
Удельная масса формованного стекловолокна около 2.5 кг на дм3, удельная прочность превосходит прочные сорта сталей в 1.5 2 раза.
Стекловолокно встречается как в виде простых однонаправленных волокон, так и в стеклотканях.
Стеклоткани имеют различные плетения с различной прочностью в перпендикулярных плоскостях.
Также выпускают различные виды стеклохолстов и стекломатов, в которых волокна имеют хаотичное прессованное расположение,
либо рубленных волокон, либо образованных одной непрерывной прессованной нитью.
При производстве стеклоткани используется парафин и если формовать ее в таком виде, то хороших прочностных характеристик
вам не видать. Поэтому стекловолокно необходимо отжечь до полного удаления парафина в муфельной печи, либо
приобретать уже отожженную "стеклоткань для эпоксидной смолы". Что настоятельно рекомендуется.
Стоимость 1 кг стекловолокна в зависимости от толщины и плетения изделия варьируется от 500 до 5000 руб. Более дорогими
получаются очень тонкие листы, так как они продаются погонными метрами и чтоб купить килограмм стеклоткани толщиной
0.02 мм придется отмотать 50 погонных метров ткани.
Карбон, углеродное волокно, углепластик, carbon
Волокна черного цвета, состоящие из множества нитей толщиной от 0,005 до 0,010 мм сплетенных в ткани из
которых можно изготовить различные формы, с очень высокими прочностными техническими характеристиками.
Сами по себе ткани не используются, а используются, как исходное сырье пропитанное эпоксидной смолой,
с последующим застыванием образуют очень прочный и легкий материал. Прочность некоторых углепластиков
выше высокопрочной стали сорта 25ХГСА но значительно меньше ее по весу. удельный вес готового углепластика
1.5 - 2 килограмма на кубический дециметр - у стали 8 кг на кубический дециметр. Разница масс в 4 - 6 раз.
Прочность карбона в основном зависит от качества применяемой эпоксидной смолы. Самые лучшие углеткани
продаются уже пропитанными смолой, остается только уложить их в форму и отправить в автоклав для застывания.
Изготовление формы: Чтобы изготовить простейшую матрицу необходимо иметь готовый по форме образец
бампера, капота либо любой другой детали изготовленных из любого материала, либо используя готовый заводской образец.
Для избежания прочного склеивания образца с будущей матрицой, ее необходимо промазать слоем разделителя.
В качестве разделителя может служить мыло, эдельвакс, воск растворенный в бензине, Циатим-221, кремнеорганические
смазки. В качестве основы для матрицы, можно использовать монтажную пену, гипс, а также композитные материалы.
Если матрица выполняется из композитных материалов, то самым дешевым ее источником является стекловолокно
пропитанное обычной эпоксидной смолой. Если матрица имеет сложную форму, то ее приходится делать разъемной,
в одном или нескольких местах. Места разъема должны быть зафиксированы и иметь точную позицию друг относительно друга.
Лучше всего подходит штифтовое позициолнирование с последующим скреплением болтами.
Все монококи самых современных суперкаров и формулы один, выполняются с использованием углеродного волокна,
для большей прочности в конструкцию добавляют титановые и сотовые структуры. Именно из за карбоновой конструкции
эти автомобили так дороги. Мало того, что сам материал не дешев, так еще и все производство происходит практически
полностью в ручном режиме.
Стоимость углеродного волокна очень высока и детали получаемые с помощью нее соответственно тоже.
Цена за углеткань начинается от 5000 руб за 1 кг или 5 метров квадратных, при толщине 0.25 мм.
Некоторые американские истребители и бомбардировщики
тоже делают из карбона и стоимость бомбардировщика B2 например: составляет более 2 миллиардов долларов !!!
В домашних условиях изготовить такой же прочный карбон как и в заводских, скорей всего не получится,
так как для качественного формования крупных деталей, понадобиться большой вакуумный автоклав, позволяющий
формовать в вакууме и при заданной иногда немалой температуре, более 150 градусов.
Эпоксидные смолы застывающие при комнатных температурах
не обладают и половиной той прочности, нежели полимеризованные с заданной картой температур,
в условиях вакуумного автоклава.
Небольшой список компаний производящих carbon:
Toray
Nippon Graphite Fiber Corporation
FORMAX
Porcher Industries
Seal SpA
SGL Group
Mapei
Zoltek
Saertex
Ballar
Hexcel Corporation
Taiwan Electric Insulator
A&P Technology
FTS SpA
Epotech
Zyvex Technologies
Isovolta AG
Кевлар - Kevlar
Пара-арамидное волокно желтоватого цвета, обладающее очень высокой прочностью. Прочность на разрыв до 360 килограмм на миллимметр квадратный.
Искусственный аналог приближенный к паутине, или хотя бы созданный при попытках воспроизвести подобный материал.
Прочность на разрыв в 3 раза выше прочной стали при той же толщине. Но удельный вес стали в пять раз выше,
следовательно при одном и том же весе материалов, кевлар будет в 15 раз прочнее.
Спектр применения очень велик. Волокна применяются для армирования резины в автомобильных покрышках, армирование электро-кабелей.
Отдельными нитями усиливают ткани различной спец одежды, кевларовые ткани применяются в использовании бронежилетов.
Кевларовые перчатки защищают руки от повышенных температур и повреждений острыми предметами.
В качестве композитных материалов кевларовые волокна применяют в основном в смеси с другими материалами: угле
и стекловолокном. Прочность кевлара на растяжение в 3 раза выше чем у стекловолокна но при этом он в два раза легче.
Кевлар продается в нитях, тканях, лентах и цена за килограм примерно такая же как и у карбона около 5000 руб за килограмм.
Расброс цен здесь гораздо выше, так как кевлар используется не только в качестве композиционных материалов,
ткани и ленты имеют цену еще и как изделие, а не только как сырье. Например баллистические ткани для бронежилетов.
Сравнение удельного веса армирующих волокон и разрывной прочности.
Самый распространенный и как следствие, самый дешевый из композитных материалов.
Несмотря на свою дешевизну хороший стеклопластик обладает практически такими же прочностными свойствами
как и карбон или кевлар только примерно на 50 - 70% тяжелее их.
Удельная масса формованного стекловолокна около 2.5 кг на дм3, удельная прочность превосходит прочные сорта сталей в 1.5 2 раза.
Стекловолокно встречается как в виде простых однонаправленных волокон, так и в стеклотканях.
Стеклоткани имеют различные плетения с различной прочностью в перпендикулярных плоскостях.
Также выпускают различные виды стеклохолстов и стекломатов, в которых волокна имеют хаотичное прессованное расположение,
либо рубленных волокон, либо образованных одной непрерывной прессованной нитью.
Волокна черного цвета, состоящие из множества нитей толщиной от 0,005 до 0,010 мм сплетенных в ткани из
которых можно изготовить различные формы, с очень высокими прочностными техническими характеристиками.
Сами по себе ткани не используются, а используются, как исходное сырье пропитанное эпоксидной смолой,
с последующим застыванием образуют очень прочный и легкий материал. Прочность некоторых углепластиков
выше высокопрочной стали сорта 25ХГСА но значительно меньше ее по весу. удельный вес готового углепластика
1.5 - 2 килограмма на кубический дециметр - у стали 8 кг на кубический дециметр. Разница масс в 4 - 6 раз.
Nippon Graphite Fiber Corporation
Пара-арамидное волокно желтоватого цвета, обладающее очень высокой прочностью. Прочность на разрыв до 360 килограмм на миллимметр квадратный.
Искусственный аналог приближенный к паутине, или хотя бы созданный при попытках воспроизвести подобный материал.
Прочность на разрыв в 3 раза выше прочной стали при той же толщине. Но удельный вес стали в пять раз выше,
следовательно при одном и том же весе материалов, кевлар будет в 15 раз прочнее.
Спектр применения очень велик. Волокна применяются для армирования резины в автомобильных покрышках, армирование электро-кабелей.
Отдельными нитями усиливают ткани различной спец одежды, кевларовые ткани применяются в использовании бронежилетов.
Кевларовые перчатки защищают руки от повышенных температур и повреждений острыми предметами.
В качестве композитных материалов кевларовые волокна применяют в основном в смеси с другими материалами: угле
и стекловолокном. Прочность кевлара на растяжение в 3 раза выше чем у стекловолокна но при этом он в два раза легче.
Кевлар продается в нитях, тканях, лентах и цена за килограм примерно такая же как и у карбона около 5000 руб за килограмм.
Расброс цен здесь гораздо выше, так как кевлар используется не только в качестве композиционных материалов,
ткани и ленты имеют цену еще и как изделие, а не только как сырье. Например баллистические ткани для бронежилетов.