В света на усъвършенстваните материали въглеродните влакна се открояват заради изключителната си якост - до - съотношение на теглото, твърдост и адаптивност. Той е трансформирал индустриите от високо - скоростни моторни спортове в съвременното аерокосмическо инженерство. Не всеки тип въглеродни влакна обаче се създава равен. Терминът "въглеродни влакна" се отнася до широк спектър от материали, всеки проектиран със специфични свойства за конкретно приложение. Разбирането на различните степени на въглеродни влакна е от решаващо значение за инженерите, дизайнерите и новаторите да използват напълно своите възможности. Тези степени се определят до голяма степен от техните механични свойства, по -специално модул на опън и якост на опън, които влияят пряко върху тяхната производителност и пригодност за различни приложения.
Какво определя степента на въглеродни влакна?
Степените на въглеродни влакна се класифицират предимно въз основа на техния модул на опън, което отразява сковаността и устойчивостта на разтягане или огъване. Друг важен фактор е якостта на опън, максималното натоварване може да издържи влакното, преди да се счупи. Най -общо казано, влакната с по -висок модул на опън са склонни да имат по -ниска якост на опън, което ги прави по -чупливи. Тази търговия - е важно съображение при избора на материали. Производствените методи, по -специално окончателната температура на топлинната обработка, играят решаваща роля за оформянето на тези свойства.
Изборът на прекурсорен материал, използван в производството, оказва значително влияние върху свойствата и степента на въглеродните влакна.
Pan - на базата на въглеродни влакна
Тези влакна са направени от полиакрилонитрил (PAN) и представляват над 90% от глобалното производство на въглеродни влакна. Те са известни с отличната си якост на опън и притежават широк обхват на модула. Техният производствен процес включва въртене на PAN във влакна, които след това се стабилизират, карбонизират и в някои случаи се подлагат на допълнителна обработка за допълнително подобряване на техните свойства.
Pitch - на базата на въглеродни влакна
Тези влакна са получени от петролен или въглищен катран и могат да постигнат изключително високи стойности на модула, често по -високи от тези на PAN - базирани влакна. Техният производствен процес разчита на различни технологии, специфични за прекурсора на терена, и поради тяхната ултра - висока твърдост и отлична топлинна проводимост, тези влакна обикновено са запазени за приложения, изискващи изключителна скованост и топлинна устойчивост.
Разбиране на нивата на "K"
Често ще виждате въглеродни влакна, описани с "K" номер, като 3K или 12K. "K" се отнася до хилядите отделни нишки от въглеродни влакна, събрани заедно в една верига или "теглене". Например, 3K теглене се състои от 3000 нишки. Често срещано погрешно схващане е, че стойността "K" отразява качеството или степента на въглеродните влакна. В действителност той просто показва размера на тегленето. Докато 3K тъкането е широко известно с традиционния си външен вид на въглеродни влакна, по -големите тегления като 12K позволяват по -ефективно производство на по -дебели ламинати. В крайна сметка изборът на размера на тегленето зависи от производствените изисквания и желаното визуално покритие на крайния продукт.
Обхват на клас въглеродни влакна
Степените на въглеродни влакна (от стандартен модул до ултра - висок модул) обикновено се класифицират по модула си на опън, експресиран в мегаскирски инча (MSI) или килопаскали (GPA).
Стандартен модул (SM) въглеродни влакна
Това е най -често използваната и цена - ефективна степен на въглеродни влакна. Той предлага отличен баланс между здравина и скованост, което го прави подходящ за широк спектър от приложения. Въглеродните влакна на стандартния модул обикновено имат модул на опън от приблизително 33 MSI (227 GPA), което представлява значително предимство на производителността спрямо традиционните материали като стомана и алуминий.
Приложения на стандартен модул въглеродни влакна
Велосипедни рамки, тенис ракети, хокейни пръчици и друго спортно оборудване
Автоматични части, включително панели на тялото и вътрешна облицовка
Обща индустриална употреба потребителска електроника
Междинен модул (IM) въглеродни влакна
Както подсказва името, междинният модул въглеродните влакна предлагат по -голяма скованост от стандартните степени. IM влакната постигат баланс между висока скованост и силна якост на опън. С модул на опън от приблизително 42 MSI (289 GPA), те често се избират за приложения, които изискват по -висока производителност, като същевременно избягват по -големите разходи, свързани с влакна с висок модул.
Приложения на междинни модулни въглеродни влакна
Аерокосмически структури
Високи - Производителни автомобилни части
TOP - Крайно спортно оборудване
Индустриални роботи
Въглеродни влакна с висок модул (HM)
Висока - модул въглеродни влакна притежават изключителна скованост, постигната чрез допълнителна висока обработка на температурата -, която създава по -фина кристална структура. Това води до модул на опън от 55 MSI (393 GPA) или по -висок. Това увеличение на сковаността обаче често идва с търговия - изключване: намалена сила на опън и повишена бритота. Поради по -сложния и енергия - интензивен производствен процес, високият - модул въглеродните влакна също идват на значително по -висока цена.
Прилагане на въглеродни влакна с висок модул
Аерокосмически и сателитни компоненти, където изключителната скованост е от решаващо значение
Формула 1 и други елитни моторни спортове
Висока - крайни индустриални машини
Ultra - висок модул (ъъм) въглеродни влакна
В високия край на технологията на въглеродните влакна се крие ултра - висок модул (UHM) въглеродни влакна. Тези влакна, обикновено произведени от прекурсори, базирани на Pitch -, проявяват максимална коравина, като модулите на опън надвишават 110 MSI (758 GPA). Поради високата си цена, UHM влакната се използват само в най -взискателните приложения, където максималната коравина и минималното отклонение при натоварване са от решаващо значение.
Приложение на Ultra - въглеродни влакна с висок модул
Космически кораби и сателитни структури
Разширени военни приложения
Специализирани научни инструменти
Как моделът на тъкането влияе върху работата на въглеродните влакна?
В допълнение към присъщите свойства на нишките на въглеродните влакна, начинът, по който са вплетени в тъканта, също влияе върху свойствата на готовия композит. Въпреки че съществуват много модели на тъкане, най -често използваните са обикновени, тропави и сатенени тъкани.
Обикновена тъкане
Това е най -простият и най -често тъкане, с класически вид на шахтата. Той предлага добра стабилност и е лесен за работа.
Квига с тъкане
В тъкането на кепър тегленията преминават над два или повече тераси и след това под един или повече тегления, създавайки диагонален модел. Това прави тъканта по -гъвкава и по -подходяща за съответствие със сложните форми.
Satin Weave
Satin Weave има по -малко кросоувър между нишките, което води до гладка, плоска повърхност. Това тъкане е силно драпирано и добре -, подходящ за части със сложни контури.
Еднопосочен
В тази форма всички влакна са подравнени в една посока. [15] Това осигурява най -голяма якост и скованост в тази посока, но е по -слаба в други посоки. Композитните части често са конструирани от множество слоеве от еднопосочни въглеродни влакна, ориентирани в различни посоки за постигане на балансиран профил на якост.
Следващата таблица обобщава характеристиките на обикновените модели на въглеродни влакна
| Модел на тъкане | Външен вид | Характеристики | Общи приложения |
| Обикновена тъкане | Шахматна дъска | Стабилна, балансирана сила, по -малко гъвкава | Плоски чаршафи, прости тръби |
| Квига с тъкане | Диагонален модел | По -гъвкаво от обикновеното тъкане, добро за сложни криви | Автомобилни компоненти, спортни стоки |
| Satin Weave | Гладко, лъскаво покритие | Силно драпируем, идеален за сложни форми | Аерокосмически компоненти, високи - край Естетика |
| Еднопосочен | Подравнени в една посока | Максимална якост и скованост в една посока | Структурни подкрепления, високи - части за изпълнение |
Как различните степени на въглеродни влакна влияят на цената?
Основен фактор, влияещ върху прилагането на различни степени на въглеродни влакна, е цената. Цената на въглеродните влакна е тясно свързана със сложността и потреблението на енергия на производствения процес. Стандартният модул въглеродни влакна е най -икономичният вариант, обикновено на цена между 10 и 20 долара за лира. С увеличаването на изискванията за производителност обаче се увеличават и цената. Производството на висок - модул и ултра - високо - модулни влакна включва по -интензивна топлинна обработка и в някои случаи изисква специализирани предшественици. Това може да стимулира разходите до над 150 долара за лира. Изборът на прекурсор също влияе върху ценообразуването. Докато PAN - базирани влакна са широко използвани, техният производствен процес е по -сложен от някои алтернативи, базирани на Pitch -, което води до по -високи разходи. Следователно изборът на правилния клас на въглеродни влакна често изисква балансиране на изискванията за изпълнение с бюджетни ограничения.
Заключение
Въглеродните влакна не са единичен, хомогенен материал, а по -скоро диапазон от степени, всеки от които е дефиниран от собствения си баланс на скованост, сила и цена. Това разнообразие дава възможност на инженерите и дизайнерите да изберат правилното решение за конкретно приложение. Стандартните модулни влакна се използват широко в ежедневните спортни стоки поради техните изчерпателни свойства, докато ултра - високите модулни степени са запазени за изискванията за екстремни характеристики на аерокосмическото пространство. Способността да се съпостави правилната оценка с правилното приложение е от решаващо значение за стимулиране на иновациите. Тъй като производствената технология продължава да напредва и разходите намаляват, обхватът на индустриите, приемащи въглеродни влакна, само ще се разшири, като допълнително ще затвърди позицията си като крайъгълен камък на съвременното инженерство.
Свържете се с нас
Искате ли да научите повече за въглеродните влакна? Свържете се с Dongguan Juli Composite Materials Technology Co., Ltd. с 25 -годишен опит в индустрията. За да научите повече за нашите продукти от въглеродни влакна, моля, изпратете имейл sales18@julitech.cn или се свържете с нас чрез WhatsApp на +86 18822947075.
