Спустя 300 миллионов лет карбон снова вернулся на Землю. Речь о технологиях, которые олицетворяют новое тысячелетие. Карбон – это композитный материал. Основу его составляют нити из углерода, которые имеют различную прочность. Эти волокна имеют такой же модуль Юнга, как и сталь, но при этом их плотность даже меньше, чем у алюминия (1600 кг/м3). Тем, кто не учился на физтехе, придется сейчас напрячься… Модуль Юнга – это один из модулей упругости, характеризующий способность материала сопротивляться растяжению. Другими словами, нити углерода очень сложно порвать или растянуть. А вот с сопротивлением сжатию все хуже. Для решения этой проблемы придумали сплетать волокна между собой под опреде-ленным углом, добавив в них резиновые нити. Потом несколько слоев такой ткани соеди-няются между собой эпоксидными смолами. Полученный материал называется карбон или углеволокно.

С середины прошлого века многие страны проводили эксперименты с получением карбо-на. В первую очередь в этом материале были заинтересованы, конечно, военные. В сво-бодную продажу карбон поступил только в 1967 году. Первой фирмой, занявшейся реали-зацией нового материала, стала британская фирма Morganite Ltd. При этом продажа угле-волокна, как стратегического товара, была строго регламентирована.

Достоинства и недостатки

Наиболее важное достоинство углеволокна – это высочайшее отношение прочности к ве-су. Модуль упругости лучших «сортов» углеволокна может превышать 700 ГПа (а это на-грузка 70 тонн на квадратный миллиметр!), а разрывная нагрузка может достигать 5 ГПа. При этом карбон на 40% легче стали и на 20% легче алюминия.

Среди недостатков карбона: длительное время изготовления, высокая стоимость материа-ла и сложность в восстановлении поврежденных деталей. Еще один недостаток: при кон-такте с металлами в соленой воде углепластик вызывает сильнейшую коррозию и подоб-ные контакты следует исключать. Именно по этой причине карбон так долго не мог войти в мир водного спорта (недавно этот недостаток научились обходить).

Другое важное свойство карбона – низкая способность к деформации и небольшая упру-гость. При нагрузке карбон разрушается без пластической деформации. Это означает, что карбоновый монокок будет защищать гонщика от сильнейших ударов. Но если не выдер-жит – то не погнется, а сломается. Причем разлетится на острые куски.

Получение углеволокна.

На сегодняшний день существуют несколько способов получения углеволокна. Основные: химическая осадка углерода на филамент (носитель), выращивание волоконноподобных кристалов в световой дуге, и построение органических волокон в специальном реакторе – автоклаве. Последний способ получил наибольшее распространение, но и он довольно до-рог и может применяться только в промышленных условиях. Сначала нужно получить ни-ти углерода. Для этого берут волокна материала с названием полиакрилонитрил (он же PAN), нагревают их нагреваются до 260°С и окисляют. Полученный полуфабрикат нагре-вается в инертном газе. Долговременное нагревание при температурах от нескольких де-сятков до нескольких тысяч градусов Цельсия приводит к процессу так называемого пи-ролиза – с материала убывают летучие составляющие, частицы волокон образуют новые связи. При этом происходит обугливание материала – «карбонизация» и отторжение неуг-леродный соединений. Завершающий этап производства углеволокна включает в себя пе-реплетение волокон в пластины и добавление эпоксидной смолы. В результате получают-ся листы черного углеволокна. Они имеют хорошую упругость и большую нагрузку на разрыв. Чем больше проводит времени материал в автоклаве, и чем больше температура, тем более качественный получается карбон. При изготовлении космического углеволокна температура может достигать 3500 градусов! Самые прочное сорта проходят дополни-тельно еще несколько ступеней графитирования в инертном газе. Весь этот процесс очень энергоемкий и сложный, потому карбон заметно дороже стеклопластика. Осуществить процесс дома не пытайся, даже если у тебя есть автоклав – в технологии множество хит-ростей...

Карбон в автомире

Появление карбона не могло не заинтересовать конструкторов гоночных автомобилей. К моменту появления углеволокна на трассах F1, почти все монококи делались из алюми-ния. Но у алюминия были недостатки, в числе которых его недостаточная прочность при больших нагрузках. Увеличение прочности требовало увеличения размеров монокока, а следовательно и его массы. Углеволокно оказалось великолепно подходящей альтернати-вой алюминию.

Первым автомобилем, шасси которого было выполнено из углеволокна, стал McLaren МР4. Путь карбона в автоспорте был тернист и заслуживает отдельного рассказа. На се-годняшний день карбоновый монокок имеют абсолютно все болиды Формулы-1, а так же практически все «младшие» формулы, ну и большинство суперкаров, естественно. На-помним, монокок – это несущая часть конструкции болида, к нему крепятся двигатель и коробка, подвеска, детали оперения, сидение гонщика. Одновременно он играет роль кап-сулы безопасности.

Тюнинг

Когда мы говорим «карбон», то вспоминаем, конечно, капоты тюнинг-каров. Однако сей-час нет кузовной детали, которая не могла бы быть сделана из карбона – не только капо-ты, но и крылья, бампера, двери и крыши... Факт экономии веса очевиден. Средний выиг-рыш в весе при замене капота на карбоновый составляет 8 кг. Впрочем, для многих глав-ным будет тот факт, что карбоновые детали практически на любой машине выглядят бе-зумно стильно!

Карбон появился и в салоне. На крышках тумблеров из углеволокна много не сэконо-мишь, но эстетика – вне сомнений. Салонами с элементами карбона не брезгуют ни Ferrari, не Bentley.

Но карбон это не только материал дорогого стайлинга. Например, он прочно прописался в сцеплении автомобилей; причем из углеволокна делают и фрикционные накладки, и сам диск сцепления. Карбоновая «сцепа» имеет высокий коэффициент трения, мало весит, и в три раза сильнее сопротивляются износу, чем обычная «органика».Другой областью применения карбона стали тормоза. Невероятные характеристики тор-мозов современной F1 обеспечивают диски из карбона, способные работать при высочай-ших температурах. Они выдерживают до 800 циклов нагрева за гонку. Каждый из них ве-сит менее килограмма, тогда как стальной аналог как минимум в три раза тяжелее. На обычную машину карбоновые тормоза пока не купить, но на суперкарах подобные реше-ния уже попадаются.

Другой часто используемый тюнинг-девайс – прочный и легкий карбоновый карданный вал. А еще недавно прошел слух, что Ferrari F1 собирается установить на свои машины карбоновые коробки передач…

Наконец, карбон обширно применяется в гоночной одежде. Карбоновые шлемы, ботинки с карбоновыми вставками, перчатки, костюмы, защита спины и.т.д. Такой «экип» не толь-ко лучше смотрится, но и повышает безопасность и снижает вес (очень важно для шлема). Особой популярностью карбон пользуется у мотоциклистов. Самые продвинутые байкеры одевают себя в карбон с ног до головы, остальные тихо завидуют и копят деньги.

Новая религия

Незаметно и тихо подкралась новая карбоновая эпоха. Карбон стал символом технологий, совершенства и нового времени. Его используют во всех технологичных областях – спорт, медицина, космос, оборонная промышленность. Но улеволокно проникает и в наш быт! Уже можно найти ручки, ножи, одежду, чашки, ноутбуки, даже карбоновые украшения… А знаешь, в чем причина популярности? Все просто: Формула 1 и космические корабли, снайперские винтовки последних образцов, монококи и детали суперкаров – чувствуешь связь? Все это лучшее в своей отрасли, предел возможностей современных технологий. И люди, покупая карбон, покупают частичку недосягаемого для большинства совершен-ства…

Факты:

* в листе карбона толщиной 1 мм 3-4 слоя углеродных волокон
* в 1971 году британская фирма Hardy Brothers первая в мире представила удилища для ловли рыбы из углеволокна
* сегодня из карбона изготавливают высокопрочные канаты, сети для рыбодобывающих судов, гоночные паруса, двери кабины пилотов самолетов, пуленепробиваемые защитные армейские каски
* для спортивной стрельбы из лука на длинные дистанции спортсмены-профессионалы обычно используются стрелы из алюминия и карбона.

*** На Essen Motor Show мы увидели у одного сотрудника стенда AutoArt чумовое карбоновое кольцо на пальце. На просьбу показать товар в своем бескрайнем каталоге он ответил, что это вообще-то просто карбоновая втулка, которую он снял со своего велосипеда…