Знание-сила, 2008 № 12 (978) - [26]
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.
Своя техническая новинка порадовала и музыкантов: электрогитара со струнами из углеволокна — те служат дольше обычного. Спектр звучания инструмента расширился: стало больше обертонов и унтертонов. Для подобной гитары не страшны ни высокая влажность, ни перепады температуры. Кроме того, скорость распространения акустических волн в углеродном волокне в шесть раз выше, чем в древесине. Поэтому звук из усилителя доносится практически в режиме реального времени — обычно же между ударом по струне и звучанием, раздающимся из динамика, протекают какие-то доли секунды, и музыкантам приходится привыкать к этому.
Очевидно, в будущем углеродное волокно станет еще более популярным. «Список областей применения углеродных волокон может быть продолжен — отмечает научный сотрудник химфака МГУ Владимир Морозов, — но следует подчеркнуть, что если весь мир перешел этап промышленного применения композитов с углеродными волокнами, то в России все еще продолжается этап становления рынка и применение углеродных волокон ограничивается авиацией, космосом и атомной промышленностью».
В 2004 году доля российских промышленников на мировом рынке углеродного волокна составляла менее одного процента, и с тех пор ситуация мало изменилась, скорее даже ухудшилась. Между тем ежегодный мировой прирост производства углеволокна достигает уже десяти процентов. Ведущие западные производители постоянно улучшают его прочностные характеристики; у нас же они мало изменились даже со времен СССР. Стоимость отечественного углеродного волокна значительно выше, чем западных аналогов. Оно пока не выдерживает конкуренции на международном рынке. Необходима государственная поддержка отечественных производителей и разработчиков новых углеродных волокон. Назвать бы их еще «нановолокнами» — может, это облегчит им жизнь хотя бы на нашем, российском, рынке?
(Автор благодарен Владимиру Морозову за помощь, оказанную в подготовке этого материала.)
