Вуглецеве волокно: Переваги, виробництво і цікаві факти


З допомогою вуглецевого волокна можна створювати унікальні речі. Так чому ж автовиробники не використовують цей матеріал у виробництві? Ми відвідали завод Lamborghini, щоб це з’ясувати.

Вуглецеві волокна відрізняються від стали тим, що вони набагато міцніше і володіють меншою вагою. Той, хто їх винайшов безсумнівно, геній. Примітно, що один з пілотів Nascar, Джонсон, брав участь у 80-х роках в гонках на автомобілі, виготовленому з вуглецю. Незважаючи на непогані результати, які він тоді продемонстрував, з тих пір цей матеріал не отримав широкого розповсюдження. Основна причина – його дорожнеча. На сьогоднішній день самим доступним автомобілем, який виготовлений з карбону, є Alfa Romeo 4S. Втім, він коштує стільки ж, скільки і Mercedes Е-класу. А ось вартість таких «вуглецевих» машин, як Maclaren і Lamborghini Aventadors, досягає шестизначних чисел в доларовому вираженні. На жаль, їх виробникам так і не вдалося зробити вуглець настільки ж доступним, як і алюміній. Але чому?
Саме тому ми відправилися в Італію, де інженери Lamborghini, одягнені в чорні халати, «чаклують» над вуглецем. З якої причини вони досі не змогли зробити цей матеріал доступним?

Вуглець проти сталі

Чому вуглецеве волокно – унікальний матеріал?
Зараз для створення деталей використовуються рідкий алюміній, сталь, магній. Спочатку їх розігрівають до необхідної температури, а потім заливають у спеціальні форми. При цьому дані матеріали дозволяють створювати не тільки окремі деталі, але і об’єднувати їх воєдино. Ось тільки зробити те ж саме з вуглецем не вийде. Щоб з ним можна було працювати, його потрібно помістити в морозильник. Тобто, на відміну від тієї ж сталі, він не переносить високої плюсової температури.
Спеціальні рулони з вуглецевого волокна, заповнені смолою і оброблені спеціальним клеєм, поміщаються в холодильники, де зберігаються при нульовій температурі. Достатньо лише збільшити температурний режим на кілька градусів, і смола тут же затвердіє. До речі, розрізати вуглецеві заготовки за допомогою лазера не вийде. Для цих цілей необхідно використовувати лезо. Вуглецеві волокна, які помістили в холодильник, залишаються податливими лише протягом доби. Після 24 год. вони вже не піддаються обробці.

Дивіться також: Десять матеріалів, з яких виробляли автомобілі

Так що інженерам з Lamborghini необхідно поквапитися. Але перш за все вони повинні розігріти заготовки, щоб смола затверділа. Жінка по імені Пиера нагріває матеріал феном. Робить вона це дуже акуратно, так як розуміє, що занадто висока температура може зробити вуглець менш податливим.

Інноваційні технології і ручна робота

Чому вуглецеве волокно – унікальний матеріал?
Варто уточнити, що ми відвідали завод Lamborghini не вперше — 10 років тому нам вже доводилося тут бувати. Так само, як і зараз, тоді ми спостерігали за роботою жінки. Ось тільки вона обробляла не вуглецеві заготовки — жінка вручну зшивала обшивку сидінь Lamborghini Murselago. У той момент здалося, що це неефективно — про яке масове виробництво автомобілів можна говорити, якщо всю роботу виконують не роботи, а люди? І ось тепер я знову спостерігаю таку картину. Італійка, як і 10 років тому, все робить своїми руками. Звичайно, ручна обробка вуглецю займає багато часу, але на сьогоднішній день це самий економічний спосіб виготовити необхідну деталь.
Лучано Де Ото, керівник композиційного дослідного Центру компанії «Lamborghini» запевняє, що ручна обробка вуглецю – найбільш ефективний метод виготовлення тієї чи іншої деталі. По крайней мере, це твердження стосується невеликого обсягу робіт. Якщо ж, наприклад, необхідно виготовити 2 тис. деталей, то без автоматизації процесу не обійтися. Але в такому разі вуглецеві деталі вийдуть недостатньо якісними.
Для того, щоб надати вуглецевим волокнам необхідну структуру, потрібно запечатати вуглецевий лист в пластикову форму і викачати звідти все повітря. Як тільки останній буде повністю видалений з форми, потрібно створити додатковий вакуум. Ця процедура повторюється до тих пір, поки кожен шар вуглецю не позбудеться повітря. Безумовно, це дуже втомлює. Наприклад, компанія BMW має відповідні роботизовані виробничі лінії, які значно спрощують цей процес. Тим не менш, він все одно залишається довгим і трудомістким.

Дивіться також: Як створюють Honda NSX фотозвіт з виробництва

Виготовлення вуглецевих деталей вимагає не тільки великих витрат, але і енергетичних. Адже для того, щоб зробити цей матеріал податливим, необхідно розжарити піч до 400 градусів. При цьому вона повинна працювати в такому режимі протягом 6 годин. Уявляєте, які витрати на електроенергію? Втім, компанія Lamborghini здешевила цей процес. На даху заводу встановлені фотоелектричні сонячні батареї на 1,2 МВт. Звичайно, це крапля в морі, але все ж економія відчутна.

Масове виробництво

Чому вуглецеве волокно – унікальний матеріал?
Поки інженери працюють з вуглецем, ми попрямували в цех, де інші робочі Lamborghini виготовляють ковані деталі. На відміну від перших, останні використовують грубі вуглецеві волокна, які ще називають рубленими. З них автоматизовані машини формують квадратні листи, які пресують у спеціальні форми і нагрівають до температури 300 градусів. Такий метод обробки вуглецю дозволяє виготовити необхідну деталь протягом 20 хв.
Отримані таким способом вуглецеві деталі не відрізняються високою якістю. Лучано Де Ото каже, що ручна обробка вуглецевих волокон ніколи не дозволить створити доступні деталі, вартість яких буде порівнянна з алюмінієвими. Що ж стосується автоматизованої виробничої лінії, то він впевнений, що через 10 років технології дозволять вдосконалити її до такої міри, що виготовлені на ній вуглецеві деталі не будуть поступатися за якістю тим, які створюються вручну. Зараз рубленими вуглецевими елементами, отриманих механічним способом, оснащена BMW i3.
Немає жодних сумнівів, що Lamborghini не відмовиться від ручної обробки вуглецю і в майбутньому, оскільки завжди знайдуться автолюбителі, які захочуть придбати ексклюзивний автомобіль. Щоправда, їм доведеться набратися трохи терпіння — на виготовлення такої машини потрібно приблизно 3 тижні.

Цікаві факти

Чому вуглецеве волокно – унікальний матеріал?
1. Томас Едісон зробив вуглецеві волокна бамбука і бавовни, використовуючи їх як нитки розжарення в лампочках.
2. За допомогою вуглецевих волокон компанія «Boeing» здійснює ремонт своїх літаків.
3. Приблизно 70% вуглецевого волокна виробляється в Японії.
Каспер Стенберген, глава відділу по ремонту композитних матеріалів на Lamborghini, не задоволений тим, що зараз митниці багатьох країн не бажають возитися з вуглецевими волокнами. Тобто, власники машин, виготовлених з композиту, в разі пошкодження обшивки авто не можуть розраховувати на швидкий ремонт, не везти ж їм свої Lamborghini в Італію.

Дивіться також: Як автовиробники знижують вагу своїх автомобілів

Втім, італійська компанія все ж примудряється надавати їм допомогу. Особливо пощастило китайцям — Lamborghini побудувала там завод, де за відносно короткий термін ремонтують композитні машини відповідно до загальноприйнятим стандартом ISO 17065. Більш того, на ремонт можуть розраховувати не тільки власники Lamborghini. Також компанія допомагає і автолюбителям, які свого часу набули композитні Ferrari Enzo.

Автор: Сергій Василенков