Белая тканіна з вугляроднага валакна супраць тканіны з чорнага вугляроднага валакна: поўнае параўнанне знешняга выгляду, прадукцыйнасці, кошту і прымянення

Тканіна з вугляроднага валакна стала адным з найважнейшых армавальных матэрыялаў у сучасным вытворчасці кампазітаў. Ад канструкцый самалётаў і гоначных аўтамабіляў да беспілотнікаў, марскіх судоў, спартыўных тавараў і прамысловага абсталявання, тканіны з вугляроднага валакна цэняцца за іх выключнае суадносіны трываласці і вагі і даўгавечнасць.

У той час як традыцыйную тканіну з вугляроднага валакна можна адразу пазнаць па глыбокім чорным колеры, усё большая колькасць вытворцаў і дызайнераў праяўляюць цікавасць да белай тканіны з вугляроднага валакна. Раскошныя аўтамабільныя інтэр'еры, спажывецкая электроніка, аздабленне яхт і архітэктурныя праекты ўсё часцей патрабуюць больш светлых кампазітных матэрыялаў, якія захоўваюць першакласны знешні выгляд, звязаны з вугляродным валакном.

Гэта выклікае некалькі важных пытанняў:

· Ці з'яўляецца белае вугляроднае валакно сапраўдным?

· Чаму традыцыйнае вугляроднае валакно заўсёды чорнае?

· Ці забяспечвае белае вугляроднае валакно такую ​​ж трываласць?

· Які матэрыял лепш для канструкцый?

· Ці каштуе белае вугляроднае валакно дадатковых выдаткаў?

У гэтым кіраўніцтве прыводзіцца падрабязнае параўнанне паміж белай тканінай з вугляроднага валакна і чорнай тканінай з вугляроднага валакна, ахоплівае склад матэрыялу, механічныя характарыстыкі, вытворчыя працэсы, кошт і рэальныя прымянення.

Чаму вугляроднае валакно натуральна чорнае?

Каб зразумець розніцу, важна спачатку зразумець, як вырабляецца вугляроднае валакно.

Самы камерцыйны вугляродныя валокны вырабляюцца з валокнаў-папярэднікаў полиакрилонитрила (PAN).

Працэс вырабу ўключае некалькі этапаў:

Стабілізацыя

Валакна-папярэднікі награваюць прыкладна да 200-300°C у кантраляванай атмасферы.

Карбанізацыя

Затым стабілізаваныя валакна награваюцца да тэмператур ад 1000°C да больш за 2000°C.

Падчас гэтага працэсу:

· Атамы вадароду выдаляюцца

· Атамы кіслароду выдаляюцца

· Атамы азоту выдаляюцца

· Канцэнтрацыя вугляроду рэзка павялічваецца

Атрыманы матэрыял складаецца ў асноўным з выраўнаваных атамаў вугляроду, размешчаных у графітавых структурах.

Гэтыя графітныя структуры паглынаюць большасць даўжынь хваль бачнага святла, ствараючы характэрны чорны выгляд.

Іншымі словамі:

Чорны не з'яўляецца пакрыццём або фарбай - гэта натуральны колер самога вугляроднага валакна.

Вось чаму амаль кожная тканіна з вугляроднага валакна аэракасмічнага, аўтамабільнага і прамысловага класа на рынку выглядае чорнай.

Што такое белая тканіна з вугляроднага валакна?

Адно з самых вялікіх памылак у індустрыі кампазітных матэрыялаў - белы колер вугляроднае валакно - гэта проста вугляроднае валакно, зробленае ў іншым колеры.

У рэчаіснасці большасць прадуктаў, якія прадаюцца як белае вугляроднае валакно, адносяцца да адной з чатырох катэгорый.

Тып 1: гібрыдная тканіна з вугляроднага валакна + шкловалакна

Гэта самае распаўсюджанае рашэнне.

Белыя ніткі са шкловалакна сплятаюцца разам з чорнымі ніткамі з вугляроднага валакна, каб стварыць унікальны візуальны малюнак.

Атрыманая тканіна можа ўтрымліваць:

· 50% вугляроднага валакна

· 50% шкловалакна

або іншыя індывідуальныя суадносіны.

Перавагі ўключаюць:

· Больш нізкі кошт

· Палепшаная эстэтыка

· Больш простая апрацоўка

· У некаторых выпадках лепшая ўдаратрываласць

Аднак механічныя ўласцівасці звычайна ніжэй, чым у тканін з чыстага вугляроднага валакна.

Тып 2: Тканіна з вугляроднага валакна з пакрыццём

Некаторыя вытворцы наносяць белыя пакрыцця або пігментаваныя смалы на звычайныя ламінаты з вугляроднага валакна.

Вугляроднае валакно знізу застаецца чорным.

Белай выглядае толькі бачная паверхня.

Такі падыход захоўвае большую частку першапачатковых структурных характарыстык, забяспечваючы індывідуальны выгляд.

Тып 3: гібрыдная тканіна з вугляроднага валакна і араміду

Белыя арамідныя валакна пры пляценні спалучаюцца з вугляроднымі.

У выніку атрымалася адметная прапанова тканіны:

· Палепшаная ўдаратрываласць

· Палепшаная трываласць

· Унікальны знешні выгляд

Гэтыя тканіны часта выкарыстоўваюцца ў мотаспорце і ахоўнай экіпіроўцы.

Тып 4: дэкаратыўныя матэрыялы з выглядам вугляроднага валакна

Некаторыя так званыя бел вырабы з вугляроднага валакна наогул не ўтрымліваюць вугляроднага валакна.

Замест гэтага яны выкарыстоўваюць:

· Шкловалакно

· Поліэфірныя валакна

· Дэкаратыўныя плёнкі

прызначаны для імітацыі ўзораў перапляцення з вугляроднага валакна.

Гэтыя матэрыялы прызначаны выключна для касметычнага прымянення.

Параўнанне структурных характарыстык

Для інжынераў і вытворцаў кампазітаў механічныя характарыстыкі звычайна больш важныя, чым знешні выгляд.

Трываласць на разрыў

Стандартная тканіна з вугляроднага валакна аэракасмічнага класа звычайна мае трываласць на разрыў у дыяпазоне ад 3500 МПа да больш чым 6000 МПа ў залежнасці ад маркі валакна.

Паколькі вырабы з белага вугляроднага валакна часта ўключаюць:

· Шкловалакно

· Арамідныя валакна

· Паверхневыя пакрыцця

іх трываласць на расцяжэнне можа істотна адрознівацца.

Тканіны з чыстага вугляроднага валакна нязменна забяспечваюць найвышэйшую трываласць на разрыў.

Пераможца: чорная тканіна з вугляроднага валакна

Калянасць (модуль)

Калянасць вызначае, наколькі матэрыял супраціўляецца дэфармацыі пад нагрузкай.

Высокамодульныя тканіны з вугляроднага валакна могуць дасягнуць модуляў пругкасці, якія перавышаюць 230 ГПа.

Для параўнання:

· Шкловалакно: прыблізна 70–90 ГПа

· Арамід: прыблізна 70–130 ГПа

Такім чынам, гібрыдныя белыя тканіны звычайна дэманструюць меншую калянасць, чым тканіны з чыстага вугляроднага валакна.

Для прыкладанняў, якія патрабуюць максімальнай цвёрдасці, чорнае вугляроднае валакно застаецца лепшым.

Пераможца: чорная тканіна з вугляроднага валакна

Ўдаратрываласць

Цікава, што белыя тканіны з вугляроднага валакна, якія змяшчаюць арамід або шкловалакно, могуць пераўзыходзіць чыстае вугляроднае валакно пры ўдарных нагрузках.

Традыцыйнае вугляроднае валакно надзвычай жорсткае, але адносна далікатнае.

Гібрыдныя матэрыялы могуць палепшыць:

· Паглынанне энергіі

· Устойлівасць да пашкоджанняў

· Ўдаратрываласць

Гэта адна з прычын папулярнасці гібрыдных тканін у аўтаспорце.

Пераможца: белая гібрыдная тканіна з вугляроднага валакна

Прадукцыйнасць стомленасці

Крышталічная структура вугляроднага валакна забяспечвае выключную ўстойлівасць да стомленых нагрузак.

У аэракасмічнай і ветравой энергетыцы кампазіты з вугляроднага валакна могуць вытрымліваць мільёны цыклаў нагрузак.

Гібрыдныя тканіны могуць працаваць добра, але іх доўгатэрміновая стомленасць у значнай ступені залежыць ад архітэктуры валокнаў і выбару смалы.

Пераможца: чорная тканіна з вугляроднага валакна

Параўнанне вагі

Адной з прычын такой каштоўнасці вугляроднага валакна з'яўляецца яго нізкая шчыльнасць.

Прыблізная шчыльнасць валакна:

Матэрыял	Шчыльнасць
Вугляроднае валакно	1,75–1,9 г/см⊃3;
Араміднае валакно	1,44 г/см⊃3;
Шкловалакно	2,5–2,6 г/см⊃3;

Калі белыя тканіны ўключаюць шкловалакно, атрыманы кампазіт часта становіцца цяжэйшым.

Чысты ламінаты з вугляроднага валакна звычайна забяспечваюць найлепшае суадносіны трываласці і вагі, даступнае ў камерцыйных кампазітных матэрыялах.

Пераможца: чорная тканіна з вугляроднага валакна

Тэрмаўстойлівасць і тэрмаўстойлівасць

Вугляроднае валакно выдатна працуе пры падвышаных тэмпературах.

У залежнасці ад выбару смалы, кампазіты з вугляроднага валакна могуць працаваць пры тэмпературы вышэй за 150°C.

Белыя дэкаратыўныя пакрыцця могуць уводзіць абмежаванні, таму што пігменты і пакрыцця могуць дэградаваць пры працяглым уздзеянні цяпла.

Для аэракасмічнага, прамысловага і высокатэмпературнага прымянення пераважнае чорнае вугляроднае валакно.

Пераможца: чорная тканіна з вугляроднага валакна

Ўстойлівасць да ультрафіялету і старэння

Многія пакупнікі мяркуюць, што белыя матэрыялы лепш працуюць на вуліцы, таму што яны адлюстроўваюць сонечнае святло.

Аднак устойлівасць да ультрафіялету залежыць у першую чаргу ад:

· Сістэма смалы

· Якасць гелькоута

· Ахоўныя пакрыцця

а не колер валакна.

Белыя налёты могуць паступова:

· Жоўты

· Згасаць

· Мел

пасля працяглага ўздзеяння.

Наадварот, чорны ламінат з вугляроднага валакна звычайна захоўвае больш стабільны выгляд пры належнай абароне.

Складанасць вытворчасці

Вытворчасць стандартнай чорнай тканіны з вугляроднага валакна ўключае:

1. Вытворчасць валакна

2. Пляценне

3. Праклейванне паверхні

4. Упакоўка

Рашэнні з белага вугляроднага валакна часта патрабуюць дадатковых этапаў:

1. Гібрыднае пляценне

2. Пакрыццё паверхні

3. Нанясенне пігмента

4. Дэкаратыўнае аздабленне

5. Кантроль якасці

Дадатковая апрацоўка павялічвае выдаткі на вытворчасць і тэрміны выканання.

Параўнанне выдаткаў

Многія кліенты са здзіўленнем выяўляюць, што белае вугляроднае валакно можа каштаваць даражэй, чым чорнае вугляроднае валакно.

чаму?

Таму што бел вугляроднае валакно звычайна з'яўляецца спецыяльным прадуктам.

Аб'ёмы вытворчасці значна ніжэй, чым стандартных вугляродных тканін.

Дадатковыя выдаткі паходзяць з:

· Пляценне на заказ

· Спецыяльныя валакна

· Пігментаваныя пакрыцця

· Больш нізкая эфектыўнасць вытворчасці

Тыповыя рынкавыя тэндэнцыі паказваюць:

· Стандартная тканіна саржавага вугляроднага валакна 3K часта з'яўляецца найбольш эканамічным варыянтам.

· Дэкаратыўныя вырабы з белага вугляроднага валакна могуць каштаваць на 20–80% даражэй.

Пераможца: чорная тканіна з вугляроднага валакна

Параўнанне прыкладанняў

Аэракасмічная

Вытворцы самалётаў ставяць у прыярытэт:

· Сіла

· Зніжэнне вагі

· Устойлівасць да стомленасці

· Сертыфікацыя

Чорнае вугляроднае валакно дамінуе ў аэракасмічных структурах.

Прыклады:

· Крылы самалёта

· Фюзеляжы

· Інтэр'ерныя канструкцыі

· Кампаненты спадарожніка

Вытворчасць БЛА

Дронам патрабуецца:

· Лёгкая канструкцыя

· Высокая калянасць

· Доўгі тэрмін службы стомленасці

Чорныя тканіны з вугляроднага валакна застаюцца пераважным выбарам для:

· Рамкі

· Зброя

· Прапелерныя канструкцыі

Аўтамабільны

Адказ залежыць ад кампанента.

Для канструктыўных частак:

· Кампаненты шасі

· Манакокі

· Падмацавання

Пераважней чорнае вугляроднае валакно.

Для дэкаратыўных кампанентаў:

· Прыборныя панэлі

· Дзвярныя панэлі

· Абразанне частак

Белае вугляроднае валакно можа прапанаваць унікальную візуальную прывабнасць.

Марская прамысловасць

Высокапрадукцыйныя гоначныя яхты ў асноўным выкарыстоўваюць чорнае вугляроднае валакно.

Інтэр'еры раскошных яхт могуць уключаць белыя дэкаратыўныя панэлі з вугляроднага валакна з эстэтычных меркаванняў.

Ці існуе такая рэч, як сапраўды белае вугляроднае валакно?

Гэта, мабыць, самае частае пытанне.

Даследчыкі вывучылі метады вытворчасці вугляроднага валакна больш светлага колеру праз:

· Керамічныя пакрыцця

· Апрацоўкі акіслення

· Пашыраныя мадыфікацыі паверхні

Аднак камерцыйна даступныя структурныя вугляродныя валакна застаюцца ў пераважнай большасці чорнымі.

Сёння большасць прадуктаў, якія прадаюцца як белае вугляроднае валакно, - гэта альбо гібрыдныя тканіны, альбо кампазіты з вугляроднага валакна з пакрыццём.

Такім чынам, пакупнікі павінны ўважліва праверыць фактычны склад валокнаў, перш чым прымаць рашэнне аб куплі.

Канчатковы вердыкт: які з іх абраць?

Калі ваш праект аддае перавагу эстэтыцы, раскошнаму вонкавым выглядзе і візуальнай дыферэнцыяцыі, белая тканіна з вугляроднага валакна можа стаць унікальным дызайнерскім рашэннем.

Аднак калі вашы асноўныя мэты:

· Максімальная трываласць

· Максімальная калянасць

· Найменшая вага

· Доўгатэрміновая трываласць

· Канструктыўная надзейнасць

тады чорная тканіна з вугляроднага валакна застаецца выразным галіновым стандартам.

Вось чаму аэракасмічныя вытворцы, вытворцы БПЛА, вытворцы лопасцей ветраных турбін, гоначныя каманды і вытворцы сучасных кампазітных матэрыялаў працягваюць спадзявацца на тканіны з чорнага вугляроднага валакна для пераважнай большасці канструкцый.

Для крытычна важных для прадукцыйнасці кампазітных канструкцый, чорнае вугляроднае валакно з'яўляецца не толькі традыцыйным выбарам - яно па-ранейшаму з'яўляецца эталонам, па якім вымяраюцца ўсе альтэрнатыўныя кампазітныя армавальныя матэрыялы.