Измельчённое углеволокно против непрерывного углеволокна: ключевые различия в характеристиках

В мире композитов из углеволокна «рубленое углеволокно» и «непрерывное углеволокно» — это два незаменимых термина. Оба служат армирующими материалами из углеволокна, однако они демонстрируют совершенно разные «характеры» с точки зрения структурной морфологии, механических свойств, методов обработки и применение scenarios.
Итак, в чём ключевые различия в производительности между ними? И как следует выбирать между ними в практических приложениях? Эта статья поможет вам чётко понять их различия с первого взгляда.

Различная морфология волокон

Рубленое углеродное волокно
Этот процесс включает резку непрерывных углеродных волокон на короткие отрезки длиной от нескольких миллиметров до десятков миллиметров, обычно 0,1–12 мм. Эти волокна выглядят как короткие сегменты или фрагменты, напоминающие зёрнышки риса или столбчатые пучки.

Непрерывным углеродным волокном
Сохранение полной длины волокон и их упорядоченное расположение — будь то однонаправленное, тканевое или многоосевое — позволяет точно передавать и воспринимать нагрузки. Длина нитей может превышать несколько километров, они наматываются на катушки в виде пряжи или пучков нитей. Один пучок может содержать до 1 000 (1k), 3 000 (3k), 12 000 (12k) или даже большее количество отдельных нитей.

Различия в механических свойствах

С точки зрения эффективности армирования:

Рубленое углеродное волокно
(1) Ограниченная длина волокна требует частой передачи нагрузки через интерфейсы
(2) Значительное повышение прочности, но значительно ниже, чем у систем с непрерывным армированием
(3) Более подходит для «улучшения эксплуатационных характеристик», а не для «несущих конструкций»

Непрерывным углеродным волокном
(1) Непрерывные волокна с непрерывными путями передачи напряжений
(2) Полностью использует высокую прочность и модульные свойства углеродного волокна
(3) Значительно превосходит измельчённое углеродное волокно по растяжимости, изгибной прочности и усталостной выносливости
Непрерывное углеродное волокно подходит для «несущих конструкций», тогда как измельчённое углеродное волокно выполняет скорее функцию «усилителя производительности».

Анизотропные вариации: управляемые против сбалансированных

Композиты из измельчённого углеродного волокна
(1) Случайное распределение волокон
(2) Относительно сбалансированные изотропные свойства
(3) Более подходит для сложных напряжённых состояний или условий многонаправленной нагрузки

Композиты с непрерывным углеродным волокном
(1) Проявляет pronounced анизотропию
(2) Исключительные характеристики в направлении проектирования, относительно слабые в направлениях без нагрузки
(3) Требует «направленного усиления» посредством конструктивного расположения слоёв
Это также является одной из ключевых причин широкого использования рубленых углеродных волокон в деталях, полученных литьём под давлением

Различия в методах обработки: компромисс между эффективностью и производительностью

Рубленое углеродное волокно
(1) Подходит для литья под давлением, экструзии, прессования и других процессов
(2) Высокая эффективность формования, идеально подходит для массового производства
(3) Легкая совместимость с термопластичными смолами

Непрерывным углеродным волокном
(1) Основное применение — в процессах напыления, намотки, пултрузии, RTM и препреги
(2) Сложное производство, требующее передового оборудования и контроля процессов
(3) Наилучшим образом подходит для высокопроизводительных, индивидуальных конструкционных компонентов
Если вы отдаете приоритет производственной мощности и контролю затрат, рубленые волокна обеспечивают значительные преимущества.
Если вы стремитесь к максимальной производительности, непрерывные волокна — это практически единственный выбор.

Сравнение типичных сценариев применения

Типичные области применения рубленого углеволокна
Армирование инженерных пластиков (PA, PP, PEEK и др.)
Функциональные компоненты для автомобилей, корпуса электроники
Облегчение промышленных конструкционных компонентов
Токопроводящие покрытия/чернила
Армирование бетона и другие области

Типичные применения непрерывного углеродного волокна
Компоненты конструкции авиационной техники
Основные лонжероны лопастей ветряных турбин
Высококлассное спортивное оборудование
Высокопрочные промышленные несущие компоненты