Darált szénszál és folyamatos szénszál: Főbb teljesítménykülönbségek

A szénszálas kompozitok világában a „darált szénszál” és a „folyamatos szénszál” két elengedhetetlen fogalom. Mindkettő szénszálas megerősítő anyagként szolgál, mégis jelentősen eltérő „jellemvonásokkal” rendelkezik a szerkezeti morfológiában, mechanikai tulajdonságokban, feldolgozási módszerekben és alkalmazás esetekben.
Tehát mik a fő teljesítménykülönbségek a kettő között? És hogyan lehet választani közöttük gyakorlati alkalmazások során? Ez a cikk segít tisztán látni a különbségeket egy pillantásra.

Különböző szálmorfológiák

Darabolásos szénfiber
Ez a folyamat során a folyamatos szénrostsávokat néhány millimétertől tízmilliméteres hosszúságú, általában 0,1–12 mm-es rövid szálakká vágják. Ezek a szálak rövid szakaszokként vagy töredékként jelennek meg, amelyek hasonlítanak a rizsszemekre vagy oszlopszerű csomagokra.

Folyamatos szénrosts
A szálak teljes hosszának megtartása és rendszerezett elrendezése – akár egyirányú, anyagszerű vagy többtengelyű módon – lehetővé teszi a pontos terhelés felvételét és továbbítását. A szálak hossza akár több kilométert is elérhet, tekercseken gombolyagok vagy szálszál-csomagok formájában. Egyetlen csomag akár 1000 (1k), 3000 (3k), 12000 (12k) vagy még több egyedi szálat is tartalmazhat.

Mechanikai tulajdonságok különbségei

Erősítési hatékonyság szempontjából:

Darabolásos szénfiber
(1) A korlátozott szálhossz miatt gyakori terhelésátadás szükséges a határfelületeken keresztül
(2) Jelentős szilárdságnövekedés, de lényegesen elmarad a folyamatos megerősítési rendszerek mögött
(3) Inkább a „teljesítményjavításra” alkalmas, mintsem „szerkezeti teherbírásra”

Folyamatos szénrosts
(1) Folyamatos szálak megszakítatlan feszültségátviteli útvonalakkal
(2) Teljes mértékben kihasználja a szénrosta magas szilárdságát és modulusát
(3) Jelentősen felülmúlja a darált szénrosta húzó-, hajlító- és fáradási tulajdonságait
A folyamatos szénrosta a „teherhordó szerkezetekre” alkalmas, míg a darált szénrosta inkább „teljesítményfokozóként” funkcionál.

Anizotróp változat: Szabályozható vs. Kiegyensúlyozott

Darált szénrost kompozitok
(1) Véletlenszerű száleloszlás
(2) Viszonylag kiegyensúlyozott izotróp tulajdonságok
(3) Jobban alkalmas összetett igénybevételű vagy többirányú terhelési környezetekhez

Folyamatos szénrost kompozitok
(1) Kifejezett anizotrópiát mutat
(2) Kiváló teljesítmény a tervezett irányban, viszonylag gyengébb a nem terhelt irányokban
(3) A rétegrend tervezésével történő „irányított megerősítést” igényel
Ez is kulcsfontosságú oka annak, hogy a darált szénrostokat milyen elterjedten használják fröccsöntött alkatrészekben.

Feldolgozási módszerek különbségei: hatékonyság és teljesítmény közötti kompromisszumok

Darabolásos szénfiber
(1) Alkalmas fröccsöntésre, extrudálásra, sajtolásra és egyéb eljárásokra
(2) Magas alakítási hatékonyság, ideális tömeggyártáshoz
(3) Könnyen kompatibilis termoplasztikus gyantarendszerekkel

Folyamatos szénrosts
(1) Főként rétegelt, tekercselt, húzott, RTM és prepreg eljárásokban használatos
(2) Összetett gyártás, amely fejlett berendezéseket és folyamatszabályozást igényel
(3) Jobban alkalmas nagy teljesítményű, testreszabott szerkezeti alkatrészekhez
Ha a termelési kapacitást és a költségkontrollt részesíti előnyben, a darált szálak nagyobb előnyt jelentenek.
Ha a legmagasabb teljesítményt kívánja elérni, a folyamatos szálak gyakorlatilag az egyetlen választás.

Tipikus alkalmazási területek összehasonlítása

A darált szénrostszerkezetek gyakori alkalmazásai
Műanyagok megerősítése (PA, PP, PEEK, stb.)
Autóipari funkcionális alkatrészek, elektronikai házak
Könnyűsúlyú fejlesztések ipari szerkezeti alkatrészekhez
Vezetőképes bevonatok/tinták
Betonszerkezetek megerősítése és egyéb területek

Folyamatos szénrostszerkezetek tipikus alkalmazásai
Repülőgépipari szerkezeti alkatrészek
Szélturbinák lapátjainak fő gerendái
Prémium sportfelszerelések
Nagy teljesítményű ipari teherhordó alkatrészek