Подрібнене вуглецеве волокно проти неперервного вуглецевого волокна: ключові відмінності у продуктивності

У світі композитів з вуглепластикового волокна «подрібнене вуглепластикове волокно» та «неперервне вуглепластикове волокно» — це два незамінні терміни. Обидва використовуються як армувальні матеріали з вуглепластикового волокна, проте помітно відрізняються за структурною морфологією, механічними властивостями, методами обробки та застосування сценаріїв.
Отже, які ключові відмінності у продуктивності між ними? І як слід вибирати між ними на практиці? Ця стаття допоможе вам чітко зрозуміти їх уже з першого погляду.

Різна морфологія волокон

Обрізаний вуглеґрафен
Цей процес передбачає розрізання суцільних вуглецевих волокон на короткі відрізки завдовжки від кількох міліметрів до десятків міліметрів, зазвичай 0,1–12 мм. Ці волокна виглядають як короткі сегменти або фрагменти, схожі на зерна рису або циліндричні пучки.

Неперервним вуглецевим волокном
Збереження повної довжини волокон і їх упорядковане розташування — незалежно від того, односпрямоване, схоже на тканину чи багатовісне — дозволяє точно передавати та сприймати навантаження. Довжина ниток може перевищувати кілька кілометрів, їх намотують на шпульки у вигляді пряжі або пучків ниток. Один пучок може містити аж 1 000 (1k), 3 000 (3k), 12 000 (12k) чи навіть більше окремих ниток.

Відмінності у механічних властивостях

З точки зору ефективності армування:

Обрізаний вуглеґрафен
(1) Обмежена довжина волокна вимагає частого перенесення навантаження через інтерфейси
(2) Помітне підвищення міцності, але значно нижче, ніж у систем з неперервним армуванням
(3) Більше підходить для «покращення експлуатаційних характеристик», ніж для «несучих конструкцій»

Неперервним вуглецевим волокном
(1) Неперервні волокна з неуперервними шляхами передачі напружень
(2) Повною мірою використовує високу міцність та модуль пружності вуглецевого волокна
(3) Значно кращі характеристики на розтяг, згин і витривалість у порівнянні з дробленим вуглецевим волокном
Неперервне вуглецеве волокно підходить для «несучих конструкцій», тоді як дроблене вуглецеве волокно виступає скоріше «покращувачем характеристик».

Анізотропні варіації: керовані проти збалансованих

Композити з дробленого вуглецевого волокна
(1) Випадковий розподіл волокон
(2) Порівняно збалансовані ізотропні властивості
(3) Більш підходить для умов складного напруженого стану або багатонапрямкового навантаження

Композити з безперервного вуглецевого волокна
(1) Має виражену анізотропію
(2) Виняткові показники в проектному напрямку, порівняно слабкіші в напрямках без навантаження
(3) Потребує «спрямованого армування» шляхом проектування укладання шарів
Це також є ключовою причиною широкого використання нарізаних вуглецевих волокон у деталях, отриманих литтям під тиском.

Відмінності у методах обробки: компроміс між ефективністю та продуктивністю

Обрізаний вуглеґрафен
(1) Підходить для лиття під тиском, екструзії, пресування та інших процесів
(2) Висока ефективність формування, ідеальний варіант для масового виробництва
(3) Легко сумісний із термопластичними смолами

Неперервним вуглецевим волокном
(1) Переважно використовується у процесах формування, намотки, пултрузії, RTM та преґзепрокладки
(2) Складне виробництво, що вимагає сучасного обладнання та контролю процесів
(3) Краще підходить для високопродуктивних, спеціалізованих конструкційних компонентів
Якщо пріоритетом є виробнича потужність і контроль вартості, рубане волокно має значні переваги.
Якщо ви прагнете досягти найвищих показників продуктивності, безперервні волокна — це практично єдиний варіант.

Порівняння типових сценаріїв застосування

Типові сфери застосування рубаного вуглецевого волокна
Зміцнення інженерних пластмас (PA, PP, PEEK тощо)
Функціональні компоненти для автомобілів, корпуси електроніки
Зменшення ваги промислових конструкційних компонентів
Кондуктивні покриття/чорнила
Армування бетону та інші галузі

Типові сфери застосування безперервного вуглецевого волокна
Компоненти структури авіаційної техніки
Основні лонжерони лопатей вітрових турбін
Спорядження преміум-класу
Високоміцні промислові несучі компоненти