Наша сеть партнеров Banwar
В середні віки сліди вуглецю на одязі і спорядженні свідчили про приналежність до нижчих верств суспільства. Зараз ситуація зовсім інша - вуглець носять напоказ: його присутність однозначно визначає високий статус власника. І зимовий спортивне спорядження тут не виняток.
У 1880 році Томас Едісон запатентував джерело світла, в якому нагрівалися вуглецеві волокна. В ті часи вуглець отримували методом піролізу з бамбукових або бавовняних волокон. Тільки через 70 років вчені звернули увагу на малу вагу, високу міцність і жорсткість вуглеволокна і стали експериментувати з ним як з несучим матеріалом. Теплостійкість, електропровідність і корозійна стійкість відкрили вуглеплатику шлях в авіацію і космонавтику. Згодом композитні технології перекочували з оборонної промисловості в цивільні галузі, завдяки чому з'явилися карбонові вудки, фотоштативи і велосипеди. Зрозуміло, не змогла обійтися без пластику, армованого елементом №6, і така високотехнологічна галузь зимових розваг, як виробництво гірських лиж. Але почалася історія вуглепластикових, або, як їх часто називають, карбонових лиж з сумного інциденту.
Основна проблема для виробника лиж - зовсім не маса і не жорсткість на скручування, а технологічність і економічність - ціна вуглепластика в 10-30 разів вище, ніж склопластику. Лижу з вуглепластика складніше збирати, для пресування потрібно більше часу, потрібна більш висока температура і більш високий тиск. Таку лижу складніше обробляти, кріплення на неї ставлять особливим способом, її дуже складно ремонтувати. Задирки і задираки верхнього шару, які утворюються на будь-яких лижах, дряпають одяг і руки, але у випадку з вуглепластиком їх дуже непросто закрити. Компанії Goode потрібно більше 10 років, щоб відпрацювати технологію виготовлення лиж з вуглепластика і перейти від експериментальних зразків до великої колекції спортивних снарядів.
Від печалі до радості
У 1975 році травма перекреслила плани на подальшу кар'єру в професійному спорті 19-річного члена збірної США з гірськолижного спорту Дейва Гуда - навіть після трьох операцій ліва гомілка так і не зрослася правильно. Тоді він зайнявся бізнесом і через рік запатентував racer spacer - ремінець, який скріплював лижі разом, але не давав їм дряпати один одного, а за наступні кілька років фірма створила 200 різних лижних аксесуарів. Якось один з клієнтів поскаржився, що алюмінієві палки легко гнуться і ламаються. Гуд став заповнювати їх піноматеріалом. Це допомогло, але принципово не вирішило проблему, пов'язану з властивостями алюмінію. Саме тоді Дейв Гуд звернув увагу на що з'явилися в ті роки перші карбонові ключки для гольфу і тенісні ракетки.
Лижі Nezza виробництва швейцарської компанії ZAI мало схожі на звичайні. Крізь довгий наскрізний поздовжній виріз перед кріпленнями лижник може бачити сніг, а задня частина зроблена по типу «ластівчин хвіст» (з роздвоєною п'ятою). Виробник стверджує, що на жорсткому снігу ці лижі поводяться фантастично добре. Але і ціна пари фантастична - близько 7000 доларів.
Мрія перетворилася в ідею, ідея - в дії, а дії - в реальне життя. Незабаром Гуд придумав, запатентував і налагодив випуск вуглепластикових палиць, які отримали прізвисько «палки-олівці». На відміну від звужуються алюмінієвих палиць вони мали невелику товщину і постійний діаметр по всій довжині. Вони були зручними, легкими, і їх практично неможливо було зламати. Правда, і коштували «олівці» в 1988 році набагато більше звичайних палиць. Але Гуд зовсім не збирався спочивати на лаврах. У 1994 році з'явилися вуглепластикові водні лижі, на яких згодом було встановлено декілька світових рекордів. А через рік компанія створила перший прототип і незабаром налагодила серійне виробництво вуглепластикових гірських лиж.
Маса і інші
Лижі Goode вийшли майже в два рази легше, ніж їх звичайні аналоги, і це стало їх головним козирем. Причина, правда, була не тільки в широко розрекламований вуглепластика (карбону), але ще і в серцевині, яку робили з легкого пеноматериала. Взагалі кажучи, мала маса для гірських лиж - це важливий, але все ж не найголовніший параметр. Легкі лижі швидше реагують на рухи лижника, ними легше управляти, і звичайно, їх легше носити. Однак у них є і недоліки - вони менш стійкі, особливо на високих швидкостях і, наприклад, в складних снігових умовах (на розбитій цілині). У них нижче толерантність, тобто вони менше прощають помилки і тому погано підходять недосвідченим лижникам. Зате масу лижі легко виміряти, на відміну від багатьох інших параметрів, таких як розподіл жорсткості, демпфирующие властивості, стійкість, міцність.
Жорсткість на скручування вуглепластикових лиж Goode вище, ніж у традиційних, на 20 - 80%, що істотно при катанні по жорсткому снігу. Углеволокно майже в 15 разів менше розтягується при навантаженні, ніж скловолокно, тому такі лижі практично не змінюють форму вагового прогину ні після активного катання, ні після тривалого зберігання і не скручуються в пропелер, як деякі дерево-склопластикові моделі. Крім традиційних моделей, фірма також випускає лижі для акробатики (малу вагу і момент інерції полегшує виконання обертань в польоті), для їзди по м'якому снігу - зі зворотним ваговим прогином, і навіть лижі без талії (з прямим профілем) для катання по цілині. Надлегкі лижі виграють в таких дисциплінах, як лижна акробатика, альпінтур і хеліскіінг (вертолітне катання).
З чого ж, з чого ж?
Вуглепластик (він же карбон) - композитний матеріал, що несе основою якого є вуглецеве волокно, а сполучною - епоксидна або поліефірна смола.
Існують різні технології виготовлення вуглецевого волокна. Початковою сировиною служать або природні - віскозне і поліакріл-Нітрільниє, - або штучні волокна, які отримують з фенольних смол, кам'яновугільних і нафтових пеков. На першому етапі їх нагрівають до 250 ° C в повітряному середовищі - відбувається окислення волокон. На другому (коксування) - волокна нагрівають до 800-1500 ° С в інертному середовищі (аргоновой або азотної), на третьому (графітизація) - температуру збільшують до 1600-3000 ° С (теж в інертному середовищі). В результаті отримують вуглецеве сировину - порошки, короткі або довгі нитки, ткані, неткані і плетені матеріали.
Вуглець на пенсії
Вторинна переробка вуглепластика - справа непроста. Для традиційного перемелювання такого міцного матеріалу потрібно дороге обладнання, дрібний пил забруднює навколишнє середовище і шкідлива для здоров'я, а при цьому властивості вуглеволокна погіршуються. Поки що у Великобританії, Німеччині і Японії вуглепластики переробляють, використовуючи піроліз (термічне розкладання без доступу кисню). При цьому смола в складі пластику розкладається на газоподібні продукти, і залишається тільки углеволокно. Цей процес вимагає багато електроенергії і тому недешевий. Перспективним способом вважається електродинамічна фрагментація углепластиков, але поки що ця технологія не відпрацьована. Вдруге перероблений вуглепластик використовують в невідповідальних деталях автомобілів і літаків, і, наприклад, в корпусах дорогих ноутбуків.
Вуглецеві волокна тонкі і міцні, але дуже крихкі: їх складно порвати, але вони легко ламаються. З ними складно працювати, тому при виробництві вуглепластикових виробів використовують інший матеріал - препреги (англ. Preimpregnated, «попередньо просочений»). Карбон-препреги - це вуглепластик, якому не дали до кінця затвердіти: волокна або тканину просочують епоксидною смолою, отриманий частково отвердний матеріал поміщають в холодильник, де він знаходиться до 30 діб без повного затвердіння. Препреги - напівфабрикат, його привозять на фабрику в рефрижераторах і зберігають в холодильниках до початку збирання. Робітникам, які збирають лижі, доводиться діяти швидко: при кімнатній температурі препреги починає твердіти і всього через годину з невеликим стає жорстким і вже непридатним для збірки. Працювати з Препреги набагато зручніше, ніж з сухими волокнами або тканиною. Крім того, не потрібно точно дозувати і розмазувати епоксидну смолу, а потім прибирати надлишки: все це вже зроблено при підготовці препреги.
Не тільки лижі
Сьогодні рідкісна велика лижна фірма не вставляє карбон в свої преміум-моделі: смуги, вилки і ребра з вуглепластика. Але на снігу карбон можна побачити не тільки в лижах.
Одна з невеликих компаній, які випускають углепластіковиє моделі лиж - швейцарська фірма ZAI. У своїх виробах компанія використовує як традиційні (кедр), так і суперсучасні (високомодульний поліетилен, односпрямоване углеволокно, вуглецеві нанотрубки та інші) матеріали ... і тільки ручне виготовлення.
Після невдалих експериментів з склопластиком в 1970-х все гірськолижні черевики стали робити з термопластів. Але в ХХI столітті карбон став потихеньку проникати і в конструкцію гірськолижних черевик. У зовнішньому черевику стали з'являтися вставки з термопласту, посиленого рубаним углеволокном, і ребра з вуглепластика. Углеволокно, незважаючи на дуже високу ціну і крихкість, володіє серйозними перевагами, які важливі для професійних спортсменів: малою масою і термостабильностью. Жорсткість вуглепластика на вигин мало залежить від температури, так що такі черевики однаково поводяться і при теплій, і при холодній погоді. Взуття для змагань випускає, наприклад, компанія Dodge (яка не має відношення до автомобілів) - ці черевики по своїй компоновці мало відрізняються від традиційних, проте замість м'якого і товстого термопластика в них використовують жорсткий і тонкий вуглепластик, в результаті чого черевики виходять жорсткі, точні ... і в два рази легше звичайних аналогів. Інший виробник, американська фірма APEX, пропонує гірськолижні черевики нового типу, які вважає «першими зручними лижними черевиками» в історії. Конструкція APEX поєднує дизайн екзотичних лижних черевиків 1970-х і сучасних черевик для сноуборду. «Розробляючи нашу модель, ми думали про внутрішню конструкції, адже саме від неї залежить комфорт, - говорить глава фірми Денні Хансон, - а потім створювали углепластіковий зовнішній черевик, який визначає жорсткість на вигин».
«Коли ми в 2003 році почали працювати з вуглепластиком, - каже Симон Джакомо, засновник і головний конструктор швейцарської компанії ZAI, - ми не були в захваті ні від самого матеріалу, ні від поведінки лиж на снігу». На першому етапі компанія стала використовувати в конструкції лиж високомодульний поліетилен (Dyneema), поступово крок за кроком інтегруючи вуглеволокно в різні елементи конструкції для отримання потрібних характеристик. При створенні моделей 2017 року вуглецеве волокно високої міцності виклеюють в дев'яти напрямках. Для серцевини використовується деревина кедра, горіховий шпон і фірмовий односпрямований вуглепластик zaiìra. Різні напрямки волокон визначають параметри кінцевої конструкції.
Лижні кріплення з новими назвами з'являються майже кожен сезон, але при цьому кількість фірм-виробників не змінюється - просто одні фірми купують інші, і тепер на знайомих по формі кріпленнях можна побачити нові назви. Приємним сюрпризом стала поява американської фірми Kneebinding, яка поставила своїм завданням зробити більш надійні, зручні і легкі кріплення. Їх головна перевага - незалежне спрацьовування задньої частини кріплення убік, що має знизити ймовірність отримання травми коліна при бічних навантаженнях. Як розповів «ПМ» директор компанії Джон Спрінгер-Міллер, в серійної моделі KB12C цього сезону використовуються пластикові деталі, армовані углеволокном, кріплення виходять більш жорсткі і легкі.
Ще один захисний елемент екіпіровки гірськолижників і сноубордеров - шолом. Вуглепластикові шоломи випускають кілька компаній, однак ніхто з них не може виразно пояснити, з якою метою в конструкції використовується вуглепластик. Для престижу, невеликого зниження маси і ... більше високу ціну. Жодна фірма не наважиться заявити, що углепластіковий шолом надійніше традиційного. Зовнішній шар шолома призначений для захисту не стільки від ударів, скільки від проникнення каменів або інших гострих предметів, тому для матеріалу зовнішньої оболонки не потрібен занадто міцний матеріал. Основну роль в поглинанні енергії удару грає піноматеріал всередині шолома. Більш того, якщо зовнішня оболонка руйнується при ударі, вона таким чином поглинає частину енергії і тим самим зменшує ймовірність травм. Тому в багатьох шоломах як зовнішньої оболонки використовується АБС-пластик або щось подібне - легке і недороге.
Але найточніше визначення необхідності вуглепластика в спортивній екіпіровці дав в неофіційній бесіді один з фахівців найбільших лижних компаній: «Візьміть звичайні сталеві годинник. Тепер наклейте на циферблат невеликий п'ятачок тканини з вуглеволокна - і ось уже годинник стали ексклюзивними і «спортивними». Людям подобається карбон - це красиво, благородно і багато ».
Стаття «Шостий елемент» опублікована в журналі «Популярна механіка» ( №1, Январь 2012 ).
З чого ж, з чого ж?