Углепластик

**Углепластик** (или карбон, *англ.* carbon fibre composite) — полимерный композиционный материал из переплетенных нитей углеродного волокна, расположенных в матрице из полимерных (например, эпоксидных) смол. Плотность — от 1450 кг/куб.м.

Материал отличается высокой прочностью, жёсткостью и малым весом, часто прочнее стали, но гораздо легче (по удельным характеристикам превосходит высокопрочную сталь, например 25ХГСА). Углепластиковые детали имеют крайне высокую стоимость, в 1,5-2 раза выше алюминиевых того же уровня.

## Технология

Основная составляющая часть углепластика — это нити углерода. Такие нити очень тонкие (примерно 0.005-0.010 мм в диаметре, сломать их очень просто, а вот порвать достаточно трудно.

Нити углерода обычно получают термической обработкой химических или природных органических волокон, при которой в материале волокна остаются главным образом атомы углерода.

Температурная обработка состоит из нескольких этапов:

1. Окисление исходного (полиакрилонитрильного, вискозного) волокна на воздухе при температуре 250 °C в течение 24 часов. В результате окисления образуются лестничные структуры.
2. Стадия карбонизации — нагрева волокна в среде азота или аргона при температурах от 800 до 1500 °C. В результате карбонизации происходит образование графитоподобных структур.
3. Стадия графитизации при температуре 1600-3000 °C — также проходит в инертной среде. В результате графитизации количество углерода в волокне доводится до 99 %.

Из этих нитей сплетаются ткани (трубчатые детали изготавливают намоткой). Они могут иметь разный рисунок плетения (ёлочка, рогожа и др.). Для придания еще большей прочности данные ткани из нитей углерода кладут слоями, каждый раз меняя угол направления плетения. Слои скрепляются с помощью эпоксидных смол.

Дороговизна карбона вызвана, прежде всего, сложной технологией производства и высокой стоимостью производных материалов. Например, для проклейки слоев используются более дорогие и качественные смолы, чем при работе со стеклотканью, а для производства деталей требуется более дорогое оборудование (к примеру, такое как автоклав).

Недостатком карбона является боязнь «точечных» ударов (например, о камень). Восстановить первоначальный вид карбоновых деталей после повреждения невозможно. Поэтому после даже незначительного повреждения всю деталь придется менять целиком. Справедливости ради, следует отметить, что удар, вызвавший повреждение карбоновой детали, также может необратимо повредить аналогичную алюминиевую или стальную: [1].

## Применение

Карбон широко применяется для изготовления легких велосипедных деталей высшего уровня. В их числе:

* рамы,
* «палки» (подседельный штырь, вынос, руль),
* шатуны,
* вилки,
* седла и другие детали.

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.

С другой стороны, для туристов и покатушечников, которые не страдают вейтвиннерством, крайне высокая стоимость карбоновых деталей критичнее их малого веса, поэтому в широком кругу байкеров карбоновые детали встречаются редко.

Помимо этого, в среде байкеров ходят легенды о низкой прочности карбоновых деталей. Однако гонщики, имеющие дело с карбоном, заявляют следующим образом:

* Эти легенды идут с начала 2000-х гг, а с тех пор технология производства углепластика была радикально усовершенствована, увеличена стойкость к ударам и долговечность.
* Если сравнивать 150-граммовый карбоновый руль с 400-граммовым алюминиевым или стальным, то последний, разумеется, прочнее. Если же сравнивать 150-граммовые рули, то из всех вариантов более прочным окажется именно карбоновый.
* В пользу карбона также говорят давно производимые из него детали гоночных автомобилей, самолетов, снаряжение для зимнего спорта и т. д.

Шаблон:Материалы