Знание-сила, 2008 № 12 (978)

Из углеволокна изготавливают сопла двигателей и наконечники ракет

Заглянуть в телескоп и увидеть углепластик

Поначалу углеродное волокно применялось прежде всего в авиации и космонавтике, где была особенно высока потребность в материале, который не уступал бы по прочности стали, но был гораздо легче нее. Еще в 1976 году в США приняли программу по использованию углеродного волокна в авиастроении. Так, из него изготавливали отдельные детали самолетов «Боинг-727» и «Боинг-737». Постепенно сфера его применения расширялась, ведь это позволяло снизить вес самолета на 15 — 30 процентов и сократить расход топлива. Сейчас из углепластика выполнена, например, большая часть несущих поверхностей аэробуса А380 и фюзеляж «Боинга- 787». Эти самолеты примерно на 30 — 50 процентов по массе состоят именно из углепластика (для сравнения: в 1982 году в самолете «Боинг- 767» доля углепластика по массе составляла всего 3 процента). А ведь уменьшение веса аэробуса А380 всего на 1 килограмм приводит к экономии трех тонн горючего в год.

Легкость и прочность! Спрос на такое сочетание свойств очень высок. Не случайно углеродное волокно завоевало популярность и в автомобилестроении. Так, тормозные диски, изготовленные из него, оказываются примерно на 60 процентов легче стальных дисков. Они могут подолгу работать в очень сложных условиях, при температурах порядка 750 градусов Цельсия и даже в отдельных случаях при 1000 °С.

На изготовление яхты Team Adventure 105 Super Cat израсходовано около двух тонн углеволокна

Уменьшение веса аэробуса А380 всего на 1 килограмм приводит к экономии трех тонн горючего

Стоимость углеродного волокна, правда, очень высока. Оно стоит примерно в четыре раза выше, чем похожий на него материал — стекловолокно, а потому в автомобилях серийного производства детали из него редко используют. Ими оснащают обычно дорогие марки автомобилей, спортивные машины, военную технику.

Например, гоночная модель Audi R8, участвующая в марафоне «24 часа Ле-Ман», оснащена шасси из углепластика, что не случайно. Ведь каждый сэкономленный грамм массы позволяет увеличить скорость. В автоспорте можно встретить даже машины, чьи кузова полностью изготовлены из углепластика. В «Формуле-1» подобное новшество и вовсе является жизненно важным. Ведь волокнистые материалы, насчитывающие чуть ли не дюжину слоев, поглощают механическую энергию лучше любого металла. Подбирая различные типы волокон и варьируя способы их обработки, можно избежать лишнего риска. Машина будет вести себя в аварии так, как того пожелают конструкторы.

А знаете ли вы, что из углеродного волокна можно изготавливать даже мосты? Правда, пока еще мы не встретим ни одного моста, который бы полностью — от одного берега до другого — был сооружен из этого материала. Им лишь армируют конструкции из дерева или железобетона. Это повышает их несущую способность. Так, опоры и перекрытия из углепластика выдерживают вдвое большую нагрузку на растяжение, нежели такие же детали из конструкционной стали.

В добывающей, химической и атомной промышленности углепластик нашел применение в аппаратуре для разделительных процессов (газовые центрифуги), в реакторах высокого давления и баллонах для хранения сжатых и сжиженных газов, в оборудовании для глубоководных нефтяных и газовых платформ. Из углеродного волокна изготавливают электроды и электронагреватели, экраны, поглощающие электромагнитное излучение, и обогреваемую одежду и обувь.

Перед углеродным волокном открываются перспективы даже в астрономии. Например, появились телескопы, оснащенные тубами из углепластика. При изменении температуры эти детали заметно меньше деформируются, нежели металлические. Разница особенно ощутима в ночные часы. Когда температура понижается, металлическая туба немного укорачивается, что снижает качество снимков, выполняемых с длительной экспозицией. В телескопах же с тубами из углеволокна качество снимков ничуть не меняется.

Похоже, в скором времени мы будем встречать изделия из углеродного волокна на каждом шагу. Из него изготавливают колеса мотоциклов, лопасти ветряных двигателей, ракетки для игры в теннис или бадминтон. Вообще в спортивной промышленности углепластик нашел самое широкое применение. Водные лыжи, спортивные лодки, клюшки для гольфа, оборудование для виндсерфинга, даже удочки для рыбной ловли — все это можно сделать из углепластика. Современные гоночные велосипеды почти полностью состоят из него. Перечисляем: рама, вилка, поршень, педали, колеса, руль, сиденье... Стрелки из лука также берут на вооружение этот материал: из него делают древка стрел.