Facebook

Автомобилестроение

Стильный кузов современного концепт-кара

Индустрия

Конструкторы автомобилей около 50 лет используют композиты из углеродного волокна в своей работе. Углекомпозиты способны принимать сложную и необычную форму, сохраняя при этом жёсткость, прочность и малый вес, поэтому повсеместно используются в автомобилестроении.

Сложно представить современный мир без автомобилей — они стали неотъемлемой частью нашей жизни. Именно поэтому данная область постоянно эволюционирует, создаются всё более технологичные и современные машины. Погоня за экономичностью топлива, увеличением мощности (за счёт снижения веса) и улучшением внешнего вида не оставила отрасль без использования композитных материалов.

Экономия топлива за счёт облегчённой конструкции автомобиля

Преимущества применения углекомпозитов

Углеродное волокно используют в автомобилестроении уже много лет, и с каждым годом сфера применения материала расширяется.

Углекомпозиты легче и прочнее металла. Выгода для потребителей от уменьшения веса автомобилей состоит в экономии топлива при сохранении необходимого уровня безопасности.

  • Весовое качество
  • Высокая прочность
  • Высокая удельная жёсткость
  • Низкая способность к деформации
  • Высокие усталостные характеристики
  • Экологические свойства

Преимущества композитных деталей на основе углеволокна в автомобилестроении перед деталями, изготовленными из сплавов металлов


Углепластик в 5 раз легче стали и в 1,8 раза легче алюминия


Композит из углеволокна имеет высокую коррозионную стойкость


Материал в десятки раз прочнее, чем стандартные сорта стали


Сравнительные характеристики углеволокна и других материалов

Тип волокна




Прочность при растяжении, МПа Модуль упругости при растяжении, ГПа Удлинение при разрыве, % Плотность, г/см3
Углеродное (на основе ПАН-прекурсора) высокопрочное со стандартным модулем 3500-5000 200-280 1,4-2,0 1,75-1,80
высокопрочное среднемодульное 4500-7000 280-325 1,7-2,1 1,73-1,81
высокомодульное 3500-5000 325-450 0,7-1,4 1,75-1,85
сверхвысокомодульное 2500-4000 450-600 0,7-1,0 1,85-1,95
Стеклянное E-стекло 2500-3800 70-75 4,5-4,7 2,5-2,7
S-стекло 4000-4500 80-90 5,0-5,3 2,5
Органическое Арамидное 3000-3600 60-180 2,4-3,6 1,45
Полиэтиленовое 200-3000 5-170 3-80 0,96
Стальное высокопрочное 1200-2800 200 3,5 7,8
нержавеющее 800-2000 190 3,0 7,8
Базальтовое 3000-4800 90-110 3,0 2,6-2,8
Борное 3500-4000 350-400 0,5-0,7 2,6

Применение


Углеволокно — основной полимерный материал, который начали использовать в конструкционных элементах и стильных аэродинамических панелях гоночных автомобилей и супер-каров.

Для того чтобы улучшить технические характеристики современного концепт-кара и придать ему необычный внешний вид, большинство известных автоконцернов выпускают автомобили, кузов которых на 50% состоит из углеволокна.

Многие расходные материалы для автомашин изготавливаются из композитных материалов: с целью увеличения срока службы и улучшения работы при повышенных нагрузках — покрышки, диски, тормозные колодки; с целью увеличения качества работы сцепления — диски сцепления.

Для придания интерьеру салона автомобиля особого внешнего вида, а также увеличения его срока службы углекомпозиты используются в основании кресел, в ручке переключения передач, панели приборов, декоративных панелях.

Углеволокно совместно с арамидным волокном широко применяется в гоночной одежде: защита спины, костюмы, шлемы, ботинки с карбоновыми вставками, перчатки и многое другое. Такая экипировка отлично смотрится, повышает безопасность и уменьшает вес (очень важно для шлема).


На сегодняшний день практически все кузова концепт-каров от известных автогигантов более чем на 50% состоят из композитов на основе углеволокна.

50% от объёма кузова составляют детали из углекомпозитов

Историческая справка

История использования углепластика в автомобилестроении началась в 60-х годах прошлого столетия с появлением новых технологий и развитием авиакосмической отрасли.

Использовать углеродные композиты в автомобилестроении начали в автоспорте, так как данный материал характеризуется высокой прочностью и жёсткостью, а также небольшой массой. Эти характеристики важны в автоспорте, потому что позволяют болиду быстрее прийти к финишу.

Опыт


Гоночные болиды «Формулы-1» с композитным шасси позволяют водителям самостоятельно уйти с места аварии при столкновении на скорости более 320 км/ч.

Итальянская компания ATR Group (известная своими работами для Ferrari, Porsche и Bugatti) — один из самых крупных производителей автомобильных композитов.

Примером эффективного использования композитных материалов является BMW i-series нового поколения. Автомобиль стал легче на 300 кг благодаря тому, что брусья крыши, центральные и задние стойки, пороги и центральный тоннель выполнены из углекомпозита.

Вывод

Углекомпозиты заняли весомую позицию в автомобилестроении. Из этого прочного и легкого материала изготавливают детали с отличным внешним видом и сложной геометрией.


В настоящее время композиты на основе углеволокна используются в основном для суперкаров. Но технологии не стоят на месте — акцент современной промышленности на инновационных материалах приведёт к снижению стоимости углекомпозитов и развитию использования материала в производстве серийных автомобилей массового потребления.