В СОВРЕМЕННОМ автомобилестроении и других областях народного хозяйства, экстерьере и интерьере различных машин слова кевлар и карбон встречаются все чаще. Эти материалы уже давно используются при производстве кокпитов для болидов Формулы-1 и кабин самолетов, корпусов и мачт катеров и яхт, кузовных элементов, деталей внутренней отделки и даже рессор и карданов для тюнинга автомобилей. Карбоновые тормозные диски стали непременным атрибутом гоночных, спортивных автомобилей. Кевларовые ремни и стропы безопасности значительно прочнее обычных. Вокруг этих материалов сложился некий ореол загадочности. Что же это за чудо современной химии?
КАРБОН
Карбон - каменноугольный период палеозойской эры (начало - 360 млн. лет, конец - 286 млн. лет назад). Но нас интересует другой карбон, а именно композитный материал. Он относится к классу углепластиков - материалов, объединяющих в себе несколько тысяч различных рецептур. Все эти материалы роднит одно - наполнителем в них являются углеродные (графитные) частицы, чешуйки и волокна.
Основу углетканей составляют нити углерода (углерод - это, к примеру, грифель карандаша). Только такие нити довольно тонкие. Сломать ее просто, но порвать ой как нелегко. Из них шьются ткани, где углеродные нити скрепляются параллельно друг другу.
В силу своей конструкции углепластики имеют выраженную анизотропию (разные свойства в разных направлениях), поэтому для получения прочной поверхности углево-локно приходится укладывать в несколько слоев, каждый раз меняя направление нитей. Скрепляются волокна так же, как и стек-лопластиковые, смолами. Даже процесс вы-клейки практически идентичен. Только смолы нужны более качественные и дорогие. Для работы с карбоном да и с кевларом простая полиэфирка не совсем подходит. Кроме того, чтобы полностью использовать все преимущества этих материалов, необходимо применять вакуумные технологии, термообработку, задействовать сложное оборудование, к примеру такое, как автоклав. Но игра, как говорится, стоит свеч. Карбон на 40% легче стали и на 20% -алюминия. Углепластиковые детали легче и прочнее стеклопластиковых. С тех пор, как в 1981 г. Джон Барнард впервые использовал карбоновое волокно при создании монокока на McLaren MP4/1, этот материал прочно вошел в современный автоспорт и постепенно подбирается к обычным автомобилям.
Но вот парадокс: автолюбители полюбили карбон не за его выдающиеся свойства, а за оригинальный внешний вид. Мода в тюнинге на карбоновые накладки также пошла со спортивных автомобилей, но там они все-таки имели четкое назначение: максимум прочности при минимальном весе.
В карбоне, который идет на строительство мачт и других изделий, где необходима высокая прочность, в структуре ткани явно превалируют углепластиковые волокна. Нити, их скрепляющие, практически не видны. В деталях салона углеволокно уже выглядит как ткань с различными вариациями (плетение типа "рогожа" или 3x3, 1x3 и т. д.). Эти углеткани можно выклеивать в один слой. После застывания и полировки (если необходимо) получается очень симпатичный орнамент. При работе с ним есть один сложный момент: четкий геометрический рисунок материи предполагает более внимательное и тщательное изготовление деталей, так как на горизонтальной поверхности любое искривление сразу будет заметно.
Учитывая, что углеродные волокна черные, а нити могут быть различными, появляется простор для дизайнерской мысли. Но в настоящий момент определение "под карбон" чаще всего характеризует черно-серую "шахматку". Пленок подобного рисунка появилось уже превеликое множество. Но непосредственно карбон - это действительно легкий, практичный и красивый материал. Возвращаясь к конструкционному карбону, хотя чисто декоративным, учитывая характеристики, этот материал назвать довольно сложно, стоит сказать и о недостатках, а они, к сожалению, есть. Карбон имеет очень маленькое относительное удлинение, т. е. не растягивается. Хрупкость и боязнь точечных ударов делают его в определенной мере "нежным и ранимым". Для того чтобы изделие из карбона работало как надо, необходимо точно рассчитать множество параметров: толщину слоя, направление нитей углеволокна, количество смолы и т. д. При строительстве корпусов болидов Формулы-1 для этого используют специальные компьютерные программы. Есть еще один любопытный нюанс: если углепластик входит в непосредственный контакт с металлами, к примеру с алюминием, то возникает один побочный эффект. Графит как основной компонент углеволокна и алюминий могут образовать гальваническую пару, а если речь идет о лодках и соленой морской воде, являющейся очень хорошим электролитом, процесс корродирования металла может проходить очень быстро. По этой причине в таких местах в углепластиковую поверхность вводят нейтральные стеклопластиковые вставки.
