VIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2016

       Согласно проведенным исследования,  для дальнейшей эволюции автомобилестроения требуются новые идеи производства материалов из которых изготавливаются автомобили. Одним из таких решений является углепластик.

       Углепластик(карбон)  - полимерный композиционный материал  из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол. Композиционный материал  -искусственно созданный неоднородный сплошной материал, состоящий из двух или более компонентов с четкой границей раздела между ними. В большинстве композитов (за исключением слоистых) компоненты можно разделить на матрицу (или связующее) и включенные в нее армирующие элементы (или наполнители). В композитах конструкционного назначения армирующие элементы обычно обеспечивают необходимые механические характеристики материала (прочность, жесткость и т. д.), а матрица обеспечивает совместную работу армирующих элементов и защиту их от механических повреждений и агрессивной химической среды.

       Механическое поведение композиции определяется соотношением свойств армирующих элементов и матрицы, а так же прочностью связей между ними. Характеристики создаваемого изделия, как и его свойства, зависят от выбора исходных ком­понентов и технологии их совмещения. Его  плотность составляет - от 1450 кг/м³ до 2000 кг/м³. Материалы из углепластика  отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА). Вследствие дороговизны (при экономии средств и отсутствии необходимости получения максимальных характеристик) этот материал обычно применяют в качестве усиливающих дополнений в основном материале конструкции[1].

       Детали из карбона превосходят по прочности детали из стекловолокна, но, при этом, обходятся значительно дороже. Известно, что карбоновая деталь значительно прочнее алюминиевой равного веса. Например, практически не встречаются алюминиевые рамы легче 1400 г (из-за их низкой надежности и прочности), при этом карбоновые рамы весом 1000 г выпускаются серийно рядом производителей. Поэтому гонщики шоссе и кросс-кантри, стремящиеся максимально облегчить велосипед, предпочитают именно карбон.

       Еще одно преимущество - возможность обеспечения анизотропии (направленности) свойств материала путем изменения способа намотки углеволокна и его строения. Карбоновые детали будут жесткими там, где это необходимо, и в то же время - гасить вибрации, если это требуется.

       У рассматриваемого материала также существует и недостаток: из-за его структуры, он плохо переносит точечные удары и в случае серьезной аварии его придется заменить или отремонтировать. Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, более сложной технологией производства и большей стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклонитью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудование (к примеру, такое как автоклав). Для придания еще большей прочности ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

       Интерес к установке карбоновых деталей на транспортные средства стремительно возрос с популярностью спортивных автомобилей. Все дело в скорости. Обычные детали из стали препятствуют достижению максимальной скорости. Эти детали тяжелые и замедляют ход машины, а детали из карбона - наоборот.
       Углепластики широко используются при изготовлении легких, но прочных деталей, заменяя собой металлы. В автомобилестроении они нашли себе применение: спортивные автомобили (например, бамперы, пороги, двери, крышки капотов), мотоциклы, прототипы MotoGP, болиды  Формулы 1 (кокпиты и обтекатели), а также при оформлении салонов[2].

       Также в автомобилестроении карбон (или углепластик) используется для производства как отдельных деталей и узлов, так и для автомобильных корпусов целиком. Высокое отношение прочности к весу позволяет создавать безопасные, и в то же время экономичные автомобили: снижение веса автомобиля за счет углепластиков на 30 % позволяет снизить выброс CO2 в атмосферу на 16% , благодаря снижению расхода топлива в несколько раз. Все дело в высоких прочностных характеристиках, возможности облегчить вес машины и создании особого стиля[4]. Немаловажным является эстетическая привлекательность: материал имеет стильный черный цвет, легко узнаваем и позволяет отлично дополнить дизайн любого автомобиля. Особенно часто капот из карбона используется при тюнинге спортивных автомобилей[3], когда требуется максимально уменьшить массу, не потеряв при этом в прочности и надежности. Карбон отличается уникальным сочетанием свойств - прочностью и легкостью. Кузов автомобиля, изготовленный из карбона, повышает управляемость авто, снижает нагрузку на подвеску, обладает высокой стойкостью к механическим повреждениям. Все эти качества оправдывает его популярность на автомобильном рынке. 
        Изготовление деталей автомобиля может производиться из настоящего карбона. Однако более дешевым и распространенным способом будет оклейка детали кузова или салона карбоновой пленкой или карбоновой тканью. Это, конечно, не уменьшит массу автомобиля, однако придаст большую прочность обрабатываемой поверхности. А на вид и на ощупь заменители карбона никак  не отличаются от настоящего материала. 

       В машиностроительной индустрии детали из карбона сегодня не шик, а требование современного автолюбителя. Этот уникальный материал является лучшим для изготовления капота, бампера и многих других деталей для автомобиля[2]. Более того, безупречные декоративные качества карбона используются и для внутреннего обрамления корпуса автомобиля. 

        Углепластик нашел свое место в производстве деталей для машин не только из-за его легкости и прочности, но из-за эстетического внешнего вида. Детали из карбона (или углепластика) могут иметь различные оттенки, которые подчеркнут внешний вид автомобиля и придадут ему особого шарма. 

        Применение деталей из углепластика очень важно на данном этапе развития автомобилестроения. Конкретные составные части кузова автомобиля и некоторые узлы автомобиля гораздо прочнее и надежнее нежели детали даже из самых высокопрочных углеродистых сталей[5]. Изделия из углепластика вскоре войдут и в серийное производство автомобилестроения. На данный момент этот композиционный материал используется только лишь в 10% от общего числа производимой техники, продвигая эволюцию автомобилестроения.

 Список использованной литературы

1. Эксплуатационные материалы  СМД  Авторы: Р.М.ВЕРБУК, Н.П.ГАЙДУЧЕНКО, В.Ф. КРИВОКОБЫЛЬСКИЙ, М.А.ПОЛЯКОВ Издательство: СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ, Москва 2007 г. [1]

2. Эксплуатационные материалы  В.А. Каня, В.С. Пономаренко Издательство: СибАДИ 2015. [2]

3. Журнал «За рулём» статья :»Тормозные диски Nissan Skyline из углеродистых сталей».2012 г. [3]

4.Автомобильные эксплуатационные материалы  СтукановВ.А. Издательство: Форум 2002 г. [4]

5. Контроль качества автомобильных эксплуатационных материалов Геленов АС ,Совченко Т,Б, Спиркин В.А  2013г .[5]