Важная информация: Углеродная фибра в основном производится из отходов производства углеволокна. Использование первичного углеволокна для производства фибры экономически нецелесообразно.
Что такое углеродная фибра?
Углеродная фибра — это короткие отрезки углеродного волокна, которые используются для дисперсного армирования различных материалов. В отличие от непрерывного углеродного волокна, применяемого в высокотехнологичных отраслях, фибра предназначена для объемного укрепления бетонов, строительных растворов, полимерных композитов и других материалов.
Углеродная фибра — это продукт переработки отходов производства, позволяющий эффективно утилизировать бракованные партии и обрезки углеволокна, превращая их в ценный армирующий материал.
Типы углеродной фибры по способу производства
Рубленое углеродное волокно
Производство: Изготавливается из непрерывного углеродного волокна или отходов путем точной резки на отрезки фиксированной длины.
Особенности: Имеет строго определенную длину волокон, высокую прочность и однородность.
Химический состав:
- Содержание углерода: ≥ 95%
- Содержание азота: ≤ 3%
- Следы щелочных металлов
Основные характеристики:
- Прочность при растяжении: ≥ 3,0 ГПа
- Модуль упругости: 250±50 ГПа
- Диаметр филамента: 6,6-7,2 мкм
- Содержание аппрета: 0,6-2,0%
Измельченное углеродное волокно
Производство: Получается путем непрерывного измельчения углеволокнистого материала, состоящего из спутанных отрезков УВ различной длины.
Особенности: Волокна различной длины (от микрон до сантиметров), более низкая стоимость.
Химический состав:
- Содержание углерода: ≥ 95%
- Содержание азота: ≤ 3%
- Следы щелочных металлов
Основные характеристики:
- Объемная плотность: 1,65-1,80 г/см³ (LD)
- Диаметр филамента: 6,6-7,2 мкм
- Содержание аппрета: ≤ 0,5%
- Влажность: ≤ 0,5%
Молотое углеродное волокно
Производство: Производится путем помола в шаровой мельнице углеволокнистого материала, предварительно подвергнутого измельчению.
Особенности: Самые короткие волокна, используется в качестве наполнителя в композитах.
Химический состав:
- Содержание углерода: ≥ 95%
- Содержание азота: ≤ 3%
- Следы щелочных металлов
Основные характеристики:
- Объемная плотность: 1,65-1,80 г/см³ (LD)
- Диаметр филамента: 6,6-7,2 мкм
- Время помола: ≥ 4 часов
- Зольность: ≤ 5,0%
Сравнительная таблица типов углеродной фибры
Ключевые свойства углеродной фибры
Высокая прочность
Прочность на растяжение до 3,0 ГПа и выше, что в 5-7 раз выше, чем у стали
Малый вес
Плотность 1,65-2,00 г/см³, что в 4-5 раз легче стали
Коррозионная стойкость
Не подвержена коррозии в отличие от стальной фибры
Химическая стойкость
Устойчива к воздействию щелочей, кислот и других агрессивных сред
Электропроводность
Обладает высокой электропроводностью, что позволяет использовать в антистатических покрытиях
Термостойкость
Сохраняет свойства при высоких температурах
Аппрет - это специальное покрытие, наносимое на углеродные волокна для улучшения адгезии к полимерным матрицам. Типы аппрета: PVA (поливиниловый спирт), EP (эпоксидный) и другие.
Области применения углеродной фибры
Строительные материалы
Бетоны, растворы, торкретбетон, наливные полы
Дорожное строительство
Дорожные и аэродромные плиты
Гидротехнические сооружения
Мосты, дамбы, причалы
Антистатические покрытия
Полимерные полы для электронной промышленности
Огнезащитные составы
Армирование огнезащитных штукатурок и красок
Промышленные полы
Повышение износостойкости и трещиностойкости
Высокопрочные композиты
Аэрокосмическая и автомобильная промышленность
Спортивное оборудование
Клюшки, ракетки, велосипеды
Сравнение углеродной фибры с другими армирующими материалами
Преимущества и недостатки различных типов фибры
Углеродная фибра
Преимущества: высочайшая прочность, легкость, коррозионная стойкость, химическая стойкость, электропроводность, термостойкость.
Недостатки: высокая стоимость, хрупкость при ударных нагрузках, сложность переработки.
Стальная фибра
Преимущества: высокая прочность, хорошая пластичность, относительно низкая стоимость.
Недостатки: подвержена коррозии, большой вес, может вызывать образование ржавых пятен на поверхности.
Стеклянная фибра
Преимущества: хорошая прочность, химическая стойкость, низкая стоимость.
Недостатки: низкая щелочестойкость (требуется специальное покрытие), низкий модуль упругости.
Базальтовая фибра
Преимущества: высокая прочность, отличная химическая стойкость, хорошая термостойкость.
Недостатки: более высокая стоимость по сравнению со стеклянной фиброй, ограниченная доступность.
Полипропиленовая фибра
Преимущества: самая низкая стоимость, легкость, химическая стойкость, простота использования.
Недостатки: низкий модуль упругости, низкая термостойкость, ограниченная эффективность против крупных трещин.
Рекомендации по выбору типа фибры
Выбор типа углеродной фибры зависит от требований к конечному продукту, условий эксплуатации и бюджета проекта.
Когда выбирать рубленую фибру:
- Требуется максимальная прочность и точность характеристик
- Создание антистатических свойств в покрытиях
- Производство высококачественных композитов
- Важна однородность и предсказуемость свойств
- Бюджет проекта позволяет использовать премиальный материал
Когда выбирать измельченную фибру:
- Армирование строительных материалов (бетоны, растворы)
- Создание антистатических свойств в покрытиях
- Оптимальное соотношение цена/качество
- Массовое строительство и промышленные применения
Когда выбирать молотую фибру :
- Использование в качестве наполнителя в композитах
- Создание специальных свойств в полимерных материалах
- Ограниченный бюджет при необходимости углеродного наполнителя
- Применения, где не критична длина волокон
Экономическая эффективность
Несмотря на высокую стоимость, использование углеродной фибры может быть экономически оправдано за счет:
- Снижения расхода традиционной арматуры
- Увеличения срока службы конструкций
- Сокращения трудозатрат на армирование
- Возможности уменьшения толщины конструкций
- Снижения затрат на обслуживание и ремонт
Углеродная фибра представляет собой премиальное решение для проектов, где критически важны максимальная прочность, долговечность и стойкость к агрессивным воздействиям.