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.
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.
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.