Ostateczny przewodnik po formach włókna węglowego: od poszatkowanego do ciągłego – jak dokonać właściwego wyboru, aby wspierać projektowanie i produkcję?

Włókno węglowe, często nazywane „czarnym złotem” współczesnej przemysłowości, występuje w różnorodnych formach, które bezpośrednio decydują o metodach jego przetwarzania, właściwościach użytkowych oraz obszarach zastosowania. Od lekkich i wytrzymałych włókien ciągłych po łatwo formowane włókna poszatkowane – każda forma otwiera nowe możliwości innowacji w różnych sektorach. Pierwszym krokiem do dokonania właściwego wyboru włókna węglowego jest zrozumienie różnic między tymi podstawowymi formami.

Włókno węglowe jest wytwarzane głównie z włókien prekursorowych poliakrylonitrylu (PAN) w procesach takich jak karbonizacja w wysokiej temperaturze. W zależności od długości końcowego produktu oraz dalszych form przetwarzania, można je podzielić na następujące główne typy:

1.Ciągłe włókno węglowe: Synonim wysokiej wydajności
Ciągłe włókno węglowe odnosi się do wysokowydajnych filamentów, których długość może wynosić kilometry; są one zazwyczaj nawijane na szpule w formie przędzy lub wiązki (tow). Każda wiązka składa się z 1000 (1K), 3000 (3K), 12 000 (12K) lub nawet większej liczby pojedynczych filamentów. Im niższa liczba K, tym lepsza nadaje się do tkania, co czyni ją odpowiednią do zastosowań na skomplikowane krzywizny; wyższa liczba K zapewnia większą skuteczność układania, co czyni ją idealną do dużych struktur.

Charakterystyka wydajnościowa: Zachowuje najwyższą wytrzymałość i moduł sprężystości węgla, oferując wyjątkowe właściwości mechaniczne (np. gatunki takie jak T300, T700, T800). Jest w dużej mierze anizotropowy, co oznacza, że jego właściwości w znacznym stopniu zależą od orientacji włókien. Projektanci mogą dokładnie spełnić wymagania mechaniczne w określonych kierunkach dzięki projektowaniu warstw.

Obszary zastosowania:
- Nie, nie. Lotnictwo i astronautyka: Konstrukcje skrzydeł i kadłuba, elementy satelitów, ramiona dronów.
- Nie, nie. Wysokoklasowy sprzęt sportowy: Ramy rowerów, rakietki tenisowe, wędki, łodzie wyścigowe.
- Nie, nie. Przemysł i energia: Dźwigary łopat turbin wiatrowych, zbiorniki do przechowywania wodoru, ramiona robotów, lekkie walce.

Pozycjonowanie na rynku: Należy do wysokiego segmentu rynku, charakteryzuje się wysokim poziomem technologii i odpowiednio wyższą ceną, waha się od kilkudziesięciu do kilkuset dolarów za kilogram (w zależności od gatunku). W miarę optymalizacji kosztów stopniowo przenika on do obszarów takich jak wysokoklasowe komponenty samochodowe (np. obudowy baterii).

2. Długie włókno węglowe: Mocno wzmacniająca faza dla tworzyw termoplastycznych
Długi włókno węglowe (LCF) zazwyczaj odnosi się do włókien o długości kilku milimetrów do kilkudziesięciu milimetrów, głównie stosowanych do wzmacniania polimerów termoplastycznych, zachowujących pewną orientację i długość w granulacie.

Charakterystyka wydajnościowa: Zapewnia znacznie lepszą odporność na uderzenia, sztywność oraz odporność na zmęczenie niż włókna posiekane dzięki lepszej retencji długości włókien podczas formowania wtryskowego, tworząc trójwymiarową strukturę siatkową. Właściwości są bardziej zrównoważone w porównaniu do włókien ciągłych, choć pozostaje pewna anizotropia.

Obszary zastosowania:
- Nie, nie. Komponenty samochodowe: Pokrywy silnika, ramy siedzeń, tace akumulatorowe.
- Nie, nie. Elektronika i Elektryka: Obudowy laptopów, kadłuby UAV, obudowy czujników.
- Nie, nie. Towary konsumpcyjne: Obudowy narzędzi elektronarzędzi, akcesoria do sprzętu sportowego.

Pozycjonowanie na rynku: Szybko rosnący segment, który łączy wysoką wydajność z możliwościami szybkiego przetwarzania, szczególnie odpowiedni do lekkich konstrukcji w motoryzacji i elektronice użytkowej.

3. Włókno węglowe posiekane: Gwiazdor w modyfikowanych plastikach
Pokrój włókno węglowe, zazwyczaj o długości 0,1–12 mm (najczęściej 6 mm), ma kształt ziaren ryżowych lub cylindryczny i jest stosowane do mieszania oraz modyfikowania żywic termoplastycznych.

Charakterystyka wydajnościowa: Zapewnia właściwości izotropowe dzięki losowemu rozmieszczeniu w macierzy. Funkcjonalnie poprawa wytrzymałość, sztywność, odporność na zużycie, przewodność elektryczną/termalną oraz stabilność wymiarową materiału bazowego. Posiada doskonałą przepustowość w procesie wytwarzania.

Obszary zastosowania:
- Nie, nie. Plastyki inżynierskie: Dodawane do nylonu (PA66, PA6), PPA, PP, PC, PPS, PEEK, LCP, itp., w celu tworzenia wzmocnionych, antystatycznych i odpornych na zużycie komponentów.
- Nie, nie. Materiały tarciowe: Klocki hamulcowe, tarcze sprzęgła.
- Nie, nie. Materiały funkcjonalne: Przewodzące powłoki/farby, zbrojenie betonu (zmniejszające pękanie, zwiększające wytrzymałość na rozciąganie).

Pozycjonowanie na rynku: Jedna z najtańszych i najczęściej stosowanych form, dość „uprzemysłowiona” odmiana włókna węglowego. Napędzana szerokim popytem w sektorach przemysłowych i konsumenckich.

4. Tkanina z włókna węglowego: Szkielet kompozytów
Jest to dwuwymiarowa struktura powstająca przez tkanie ciągłych pasm włókna węglowego za pomocą technik tekstylnych, ważna forma pośrednia włókien ciągłych. Obejmuje tkaniny takie jak płócienne, sercowe i satynowe, a także nieprzeginane jednokierunkowe (UD) płótna. W płótnach UD większość włókien jest równolegle ułożona w jednym kierunku, lekko przeszycie w kierunku 90°, zapewniając właściwości w głównym kierunku bliskie właściwościom samego włókna ciągłego.

Charakterystyka wydajnościowa: Różne rodzaje przeplotów pozwalają zrównoważyć podatność na drapowanie, stabilność i właściwości mechaniczne. Ułatwia łatwe układanie warstw przy produkcji kompozytów, zwłaszcza w procesach takich jak ręczne układanie, formowanie w worku próżniowym i utwardzanie w autoklawie. Pozwala na precyzyjne projektowanie właściwości mechanicznych konstrukcji dzięki wielokierunkowemu układaniu warstw.

Obszary zastosowania: Oprawy lotnicze, osłony; ramiona robotów; stoły do obrazowania medycznego; kadłuby UAV; panele karoseryjne pojazdów samochodowych.

5. Prepreg z włókna węglowego: Wybór dla procesów wysokiej jakości
Jest to materiał pośredni, w którym ciągłe włókna węglowe lub tkaniny są wstępnie impregnowane półutwardzonym systemem żywicznym.

Charakterystyka wydajnościowa: Upraszcza proces technologiczny dla użytkownika, eliminując konieczność oddzielnego stosowania żywicy i impregnacji. Wymaga jedynie cięcia, układania i następnie utwardzania pod wpływem ciepła i ciśnienia. Gwarantuje wysoką i stabilną jakość oraz precyzyjną kontrolę zawartości włókna. Wiąże się z wyższym kosztem związanym z systemem żywicznym i złożonym procesem przygotowania. Wymaga przechowywania w lodówce.

Obszary zastosowania: Ramy rowerów wysokiej klasy, rakietki tenisowe, narty; konstrukcje wtórne w lotnictwie (np. panele wnętrza, uchwyty); elementy wysokiej wydajności w motoryzacji.

Nie ma znaczenia, czy potrzebujesz włókna węglowego w formie sproszkowanej, tkaniny z włókna węglowego, prepregu czy innych materiałów pośrednich z włókna węglowego – Dr.reinforcement jest Twoim zaufanym partnerem w zakresie rozwiązań wzmacniających!

Specjalizujemy się w:
Włókno węglowe sproszkowane: Współpracuje z różnymi systemami żywicznymi, w tym PA (PA66, PA6), PPA, PP, PC, PPS, PEEK, LCP itp. Oferuje wysoką wydajność cenową, znacznie poszerzając zakres zastosowań.
Tkaniny z włókna węglowego: Dostępne w różnych stylach plecionek i gramaturach, wspierają indywidualne potrzeby.
Serie Prepreg: Obejmują zarówno termoplasty, jak i duroplasty, wspierają szybkie wytwarzanie prototypów oraz produkty wysokiej wydajności.

Dr.reinforcement uzależnia jakość od rdzenia, pomagając klientom w osiągnięciu innowacji materiałowych i ulepszeniu produktów. Jeśli szukasz profesjonalnego dostawcy włókna węglowego pRODUKTY dostawca, prosimy o kontakt – pozwól nam zapewnić silniejsze, lżejsze i bardziej niezawodne rozwiązania materiałowe!

Emai:[email protected]

Whatsapp:+86 19121157199