Rozdrcené uhlíkové vlákno vs. nepřetržité uhlíkové vlákno: klíčové rozdíly výkonu

Ve světě uhlíkových kompozitů jsou pojmy „rozdrcené uhlíkové vlákno“ a „nepřetržité uhlíkové vlákno“ dvěma nezbytnými klíčovými slovy. Obě slouží jako zpevňovací materiály z uhlíkového vlákna, avšak výrazně se liší svým „charakterem“ pokud jde o strukturní tvar, mechanické vlastnosti, způsoby zpracování a aplikace scénáře.
Takže jaké jsou klíčové rozdíly výkonu mezi nimi? A jak si vybrat vhodnou variantu pro praktické aplikace? Tento článek vám pomůže je rychle a jasně pochopit.

Různé morfologie vláken

Krátce řezaná uhlovodíková vlákna
Tento proces zahrnuje řezání nepřetržitých uhlíkových vláken na krátká vlákna o délce několika milimetrů až desítek milimetrů, obvykle 0,1–12 mm. Tato vlákna mají podobu krátkých úseků nebo fragmentů, připomínajících rýžová zrna nebo sloupcovité svazky.

Neustálým uhlíkovým vláknem
Zachování plné délky vláken a jejich uspořádání do pravidelné struktury – ať již jednosměrové, tkaninové nebo víceosé – umožňuje přesné přenosu zatížení a nosnost. Délka filament může dosahovat i několika kilometrů, jsou navinuta na cívky jako příze nebo svazky filament. Jeden svazek může obsahovat až 1 000 (1k), 3 000 (3k), 12 000 (12k) nebo ještě více jednotlivých filament.

Rozdíly v mechanických vlastnostech

Z hlediska účinnosti vyztužení:

Krátce řezaná uhlovodíková vlákna
(1) Omezená délka vláken vyžaduje častý přenos zatížení prostřednictvím rozhraní
(2) Významné zvýšení pevnosti, ale stále daleko za úrovní systémů s kontinuálním vyztužením
(3) Lepší vhodnost pro „zlepšení výkonu“ spíše než pro „nositné konstrukce“

Neustálým uhlíkovým vláknem
(1) Kontinuální vlákna s nepřerušovanými dráhami přenosu napětí
(2) Plně využívá vysokou pevnost a modulové vlastnosti uhlíkových vláken
(3) Výrazně lepší tahový, ohybový a únavový výkon ve srovnání s krájenými uhlíkovými vlákny
Kontinuální uhlíková vlákna jsou vhodná pro „nositné konstrukce“, zatímco krájená uhlíková vlákna působí spíše jako „zvyšovač výkonu“.

Anizotropní variace: Řiditelná vs. Vyvážená

Kompozity s krájenými uhlíkovými vlákny
(1) Náhodné rozložení vláken
(2) Relativně vyvážené izotropní vlastnosti
(3) Lepší vhodnost pro složité namáhání nebo prostředí s více směry zatížení

Kompozity s nepřetržitým uhlíkovým vláknem
(1) Projevuje výraznou anizotropii
(2) Vynikající výkon ve směru návrhu, relativně slabší ve směrech bez zatížení
(3) Vyžaduje „směrové zesílení“ prostřednictvím návrhu vrstvení
To je také klíčovým důvodem širokého používání krájených uhlíkových vláken v dílech vstřikovaných do forem.

Rozdíly v způsobu zpracování: kompromis mezi efektivitou a výkonem

Krátce řezaná uhlovodíková vlákna
(1) Uplatnění ve vstřikování, tvarování za tepla, lisování a dalších procesech
(2) Vysoká účinnost tváření, ideální pro sériovou výrobu
(3) Snadná kompatibilita se systémy termoplastických pryskyřic

Neustálým uhlíkovým vláknem
(1) Primárně používán v procesech vrstvení, vinutí, pultruze, RTM a prepregu
(2) Složitá výroba vyžadující pokročilé vybavení a kontrolu procesu
(3) Lepší vhodnost pro vysokovýkonné, na míru upravené konstrukční díly
Pokud kladete důraz na výrobní kapacitu a kontrolu nákladů, krájená vlákna nabízejí větší výhody.
Pokud usilujete o maximální výkon, nepřetržitá vlákna jsou prakticky jedinou volbou.

Porovnání typických aplikačních scénářů

Běžné aplikace krájených uhlíkových vláken
Zpevnění technických plastů (PA, PP, PEEK atd.)
Funkční díly pro automobilový průmysl, elektronické skříně
Lehké vylepšení pro průmyslové konstrukční díly
Vodivé nátěry/tisky
Zpevnění betonu a další oblasti

Typické aplikace nepřetržitého uhlíkového vlákna
Konstrukční součásti letadel
Hlavní nosníky lopatek větrných turbín
Luxusní sportovní vybavení
Vysokovýkonné průmyslové nosné komponenty