Серед всіляких пластиків і композитів, розроблених хіміками-технологами, особливе місце в сучасному світі займає карбон (вуглеволокно) - матеріал на основі найтонших вуглецевих ниток. Він на 75% легше заліза і на 30% - алюмінію, і при цьому має міцність на розрив в чотири рази вище, ніж у кращих марок сталі.
Самі по собі карбонові нитки досить крихкі, тому з них плетуть гнучкі і еластичні полотнища. При додаванні до них сполучних полімерних складів отримують вуглепластики, які зробили справжній переворот в спорті, техніці та багатьох інших областях людської діяльності.
На дорогах, в небі і на морі
Найбільш широко відома область застосування карбону - це автомобілебудування. Спочатку його видатне поєднання міцності і легкості зацікавило конструкторів болідів Формули-1, що дозволило значно знизити вагу гоночних машин. Джон Бернард, інженер британського автомобільного виробника McLaren, вперше зробив елементи кузова з вуглеволокна на початку 1980-х рр. Це дало настільки відчутне збільшення в швидкості, що одразу призвело гоночну команду McLaren на призові місця.
Втім, право бути найшвидшим обходиться досить недешево через те, що всі углепластіковиє деталі фактично виготовляються вручну. Карбонову тканину особливого плетіння викладають в ливарні форми, потім з'єднують полімерними складами. На заключному етапі вона піддається обробці при високій температурі і тиску. Тому довгий час карбонові елементи кузова використовувалися тільки в суперкарі і моделях преміального класу. І лише недавно анонсований випуск доступних широкої аудиторії серійних моделей з вуглепластиковим деталями. Так, в конструкції кузова нового BMW i3 будуть широко представлені елементи з вуглецевого волокна. А в новій версії хетчбека Volkswagen Golf GTI VII завдяки вуглепластиковим капоту і даху вдалося знизити вагу машини відразу на 200 кг!
Ще більш широке застосування матеріали на основі карбону отримали в авіабудуванні, де вони почали тіснити традиційні алюміній і титан. Першими перспективи оцінили авіаконструктори, що працюють в оборонній промисловості. Наприклад, в новітніх російських винищувачах Су-47 і Т-50 використовуються вуглепластикові компоненти крила і фюзеляжу.
Все ширше застосовується карбон і в пасажирських літаках, де він дозволяє знизити витрату палива і підвищити вантажопідйомність. Так, в лайнері Boeing 787 Dreamliner не менше 50% елементів фюзеляжу виготовлені з композитних матеріалів на основі вуглецю, завдяки чому витрата палива знижена на 20%. З тією ж метою найбільший пасажирський авіалайнер Airbus А380 оснастили крилами, які на 40% складаються з вуглепластиків. А фюзеляж сучасного бізнес-джета Hawker 4000 майже повністю виготовлений з цього матеріалу!
Не менш активно використовується карбон і в кораблебудуванні. Причина популярності та ж: унікальне співвідношення міцності та ваги, життєво важливе в суворих морських умовах. Крім того, для кораблів цінні ударостійкість і корозійна стійкість цього матеріалу.
Як завжди, першими почали застосовувати вуглепластики в оборонній сфері. З карбонових композитів роблять елементи корпусів підводних човнів, оскільки вони серйозно знижують шум і мають stealth-ефектом, роблячи судно «невидимим» для радарів противника. А в шведських корвети типу «Visbi» корпус і надбудови зроблені з карбонових композитів по stealth-технології. Використовується багатошаровий матеріал з основою з ПВХ, яка покрита тканиною особливого плетіння з вуглецевих джгутів. Кожен такий джгут поглинає і розсіює радіохвилі від радарів, не даючи виявити судно.
Для цивільних кораблів невидимість для радарів не потрібна, а ось легкість, міцність і можливість виготовляти деталі практично будь-якої конфігурації виявилися дуже затребуваними. Найчастіше карбон застосовують при будівництві спортивних і прогулянкових яхт, де важливі швидкісні характеристики.
Елементи майбутнього судна «ліпляться» з вуглепластикових полотен з комп'ютерної моделі як з пластиліну. Спочатку робиться повнорозмірний макет палуби і корпусу зі спеціального модельного пластика. Потім за цими лекалами вручну шарами виклеюють полотнища карбонової тканини, який скріплюється епоксидними смолами. Після просушування готовий корпус шліфують, фарбують і покривають лаком.
Втім, є і більш сучасні способи. Наприклад, італійська компанія Lanulfi зуміла майже повністю автоматизувати процес. Великі конструктивні елементи судна за допомогою 3D моделювання розбивають на дрібніші, але ідеально збігаються частини. За комп'ютерної моделі за допомогою верстата з програмним управлінням виконуються основи, які і служать матрицями для виклеіванія вуглепластикових деталей. Такий підхід дозволяє домогтися максимальної точності, що дуже важливо для ходових якостей спортивних яхт.
Карбон для кожного
Карбон починає все ширше застосовуватися і в будівництві. Додавання вуглецевих волокон до складу бетону робить його набагато більш стійким до зовнішніх впливів. Фактично виходить надміцний моноліт з дуже щільною поверхнею. Така технологія застосовується в будівництві хмарочосів і гребель, а також при облаштуванні тунелів.
Варто згадати і матеріали для посилення, ремонту та реставрації залізобетонних поверхонь - спеціальні полотна і пластини з карбонової тканини (наприклад, Mapewrap або Carboplate). Вони дозволяють повністю відновити конструкцію, не вдаючись до дорогої і не завжди можливою перезаливка.
Для великих девелоперів і приватних забудовників особливо цікава така інновація, як застосування карбону в штукатурної системі утеплення фасадів.
«Додавання в армуючий склад найдрібніших карбонових волокон діаметром менше 15 мікрон призводить до дуже важливого результату - багаторазового збільшення удароміцності фасаду, - каже Роман Рязанцев, проект-менеджер компанііCAPAROL. експерта в області захисту і теплоізоляції фасадів будівель. - Зокрема, карбонова добавка в штукатурну систему CAPATECT Carbon (Caparol) дозволяє фасаду без шкоди переносити удари з енергією до 60 джоулів - це в десять разів більше, ніж здатні витримувати звичайні варіанти штукатурних фасадів ».
Якщо власник котеджу вирішить використовувати таку систему для зовнішньої обробки свого житла, то він не тільки скоротить витрати на опалення і забезпечить сприятливий мікроклімат в приміщеннях, але і захистить стіни від будь-яких механічних впливів. Великий град розбиває вініловий сайдинг і залишає вм'ятини на звичайній піщаній штукатурці. Шквалистий вітер, що несе з собою сміття і гілки дерев, також може пошкодити фасад. Але на обробці з додаванням карбонових волокон не залишиться ні сліду. Тим більше не страшні їй такі побутові впливу, як удари м'ячем або шайбою в дитячих іграх.
«Зазвичай для захисту цокольній частині фасаду від випадкових пошкоджень використовують облицювання каменем, наприклад, керамогранітом, - зазначає Данило Мазуров, керівник відділу оптових продажів московської будівельно-торгової компанії« ПКК Інтерстройтехнологіі ». - Але для обробки цокольній частині житлового комплексу, який зараз будується на півдні Москви, ми вирішили спробувати штукатурну систему з карбоном. У порівняльних випробуваннях вона показувала дуже вражаючі результати ».
Вадим Пащенко, керівник напрямку WDVS Московського регіонального відділу компанііCAPAROL, називає ще одну цінну наслідок застосування в штукатурної системі армуючих компонентів з карбоновими волокнами: фасад стає стійкий до температурних деформацій. Для архітекторів і власників приватних будинків це означає повну свободу в самовираженні - можна пофарбувати стіни будинку в будь-найтемніші і насичені кольори. З традиційної цементно-піщаної штукатуркою такі експерименти можуть закінчитися сумно. Темна поверхня стіни дуже швидко нагрівається під сонячними променями, що призводить до утворення тріщин на зовнішньому захисно-декоративному шарі. Але для фасадної системи з карбоновими волокнами подібної проблеми не існує.
Зараз по всій Європі починають з'являтися виділяються на загальному тлі приватні котеджі та комерційні будівлі, школи і дитячі сади, яким карбон допоміг знайти виразні і насичені кольори. У міру того як російські приватні домовласники починають експериментувати з кольорами фасадів, відходячи від традиційних пастельних відтінків, ця інноваційна технологія стає затребувана і в нашій країні.
Без карбону нині неможливо уявити жодну високотехнологічну галузь. Він стає все доступнішим і для звичайних людей. Зараз ми можемо придбати углепластіковиє лижі, сноуборди, гірські черевики, спінінги і велосипеди, шоломи та іншу спортивну екіпіровку.
Але на зміну йому вже йде нове покоління матеріалів - вуглецеві нанотрубки, які в десятки разів міцніший за сталь і мають масу інших цінних властивостей.
Так, канадський виробник одягу Garrison Bespoke розробив чоловічий костюм, який зроблений з тканини на основі вуглецевих нанотрубок. Така тканина зупиняє кулі до сорок п'ятого калібру і захищає від колючих ножових поранень. Крім того, вона на 50% легше кевлара - синтетичного матеріалу, що використовується для виготовлення бронежилетів. [1] Подібні костюми напевно увійдуть в моду серед бізнесменів і політиків.
До числа найбільш фантастичних застосувань карбонових нанотрубок відноситься космічний ліфт, який дозволить доставляти на орбіту вантажі без дорогих і небезпечних запусків ракет. Його основою має стати надміцний трос, протягнутий від поверхні планети до космічної станції, що знаходиться на геостаціонарній орбіті на висоті 35 тис. Км над Землею.