Как выбрать между тканью из углеродного волокна и тканью из стекловолокна? Сравнительный анализ

В современную эпоху быстрого развития композитных материалов ткань из углеродного волокна и ткань из стекловолокна стали ключевыми игроками в усилении конструкций и замене материалов. Это особенно актуально в таких отраслях, как аэрокосмическая промышленность, железнодорожный транспорт, армирование зданий, спортивное оборудование и электроника. Выбор армирующего материала не только влияет на характеристики продукта, но также напрямую влияет на баланс между стоимостью и сроками проекта.

В этой статье будут глубоко проанализированы различия между тканью из углеродного волокна и тканью из стекловолокна с четырех точек зрения: характеристики материала, затраты, обработка и конструкция, а также практические рекомендации по выбору. Он также предоставит профессиональную информацию, основанную на инженерной практике.

Сравнение характеристик ткани из углеродного волокна и ткани из стекловолокна

Состав материала и структурные принципы

Ткань из углеродного волокна представляет собой высокопрочный высокомодульный материал, изготовленный из полиакрилонитрила (ПАН) или асфальта посредством процесса высокотемпературного окисления и карбонизации. Он бывает однонаправленным, однотонным и саржевым.

Стеклоткань изготавливается из бесщелочного или среднещелочного стекла, которое вытягивают, плавят при высоких температурах, а затем вплетают в ткань. Он также имеет различные структуры плетения.

Сравнение механических свойств

Прочность и модуль упругости ткани из углеродного волокна значительно превосходят ткань из стекловолокна. Ниже приводится сравнение типичных параметров производительности:

Производительность	Ткань из углеродного волокна	Ткань из стекловолокна
Предел прочности	3500-7000 МПа	2500-4500 МПа
Модуль упругости	230-600 ГПа	70-85 ГПа
Плотность	1,7-1,9 г/см⊃3;	2,4-2,6 г/см⊃3;
Проводимость	Проводящий	изоляционный
Прочность	Низкий (хрупкий материал)	Средний, с хорошей ударопрочностью
Термическая стабильность	Выдерживает температуру выше 300°C.	Большинство температур ниже 150°C.

Вывод: ткань из углеродного волокна легче, прочнее и стабильнее, а ткань из стекловолокна отличается гибкостью и экономичностью.

Электрическая, термическая и коррозионная стойкость

Электрические свойства: Углеродное волокно является проводящим и подходит для применений, требующих электростатического разряда или электромагнитного экранирования; Стекловолокно является отличным электроизолятором. Термические свойства: Углеродное волокно термостойко и имеет низкий коэффициент теплового расширения; стекловолокно, хотя и термостойкое, имеет относительно высокий коэффициент расширения.

Коррозионная стойкость: оба материала обладают хорошей устойчивостью к большинству кислотных и щелочных растворов, но углеродное волокно более стабильно в сильно агрессивных средах.

Стоимость, сценарии применения и экономический анализ

Анализ разницы в стоимости материалов

Ткань из углеродного волокна требует высоких затрат на сырье и сложную обработку, в результате чего ее рыночная цена обычно в 5-10 раз превышает стоимость ткани из стекловолокна. Например:

Обычная ткань из стекловолокна: примерно 15-30 юаней/квадратный метр.

Обычная ткань из углеродного волокна: примерно 180-500 юаней/квадратный метр (в зависимости от веса и марки).

Хотя стоимость выше, ткань из углеродного волокна обеспечивает более длительный срок службы, лучшее армирование и более высокие общие долгосрочные преимущества.

Сравнение распространенных сценариев применения

Применение ткани из углеродного волокна: компоненты аэрокосмической отрасли, кузова железнодорожных транспортных средств, усиление мостовых балок и плит, высококачественные велосипеды и корпуса дронов.

Применение ткани из стекловолокна: лопасти ветряных турбин, корпуса яхт, ограждающие конструкции зданий, спортивное оборудование и усиление поверхности для антиадгезионной обработки.

Модель оценки экономической эффективности

При выборе материалов рекомендуется оценивать по следующим четырем пунктам:

Требования к прочности конструкции: необходимо ли выдерживать большие нагрузки или высокопрочную опору?

Требования к долговечности: находится ли он в горячей и влажной, коррозионной или высокочастотной усталостной среде?

Срок службы и затраты на техническое обслуживание: чувствительны ли они к затратам на долгосрочную эксплуатацию и техническое обслуживание?

Бюджетные ограничения: единовременные инвестиции и доступный диапазон затрат?

Вывод: ткань из углеродного волокна предпочтительнее с точки зрения производительности, а ткань из стекловолокна можно использовать в качестве замены бюджетной ткани.

Процесс строительства и совместимость обработки

Анализ технологичности строительства

Ткань из углеродного волокна: легкая и легкая в полете, предъявляет высокие требования к условиям строительства, обычно должна сочетаться с вакуумной подачей, автоклавом, RTM или системой препрега.

Ткань из стекловолокна: хорошая гибкость, простота обработки, ее можно укладывать вручную, распылять, формовать, подходит для укладки сложных поверхностей на больших площадях.

Проблема соответствия системы смолы

Углеродное волокно и эпоксидная смола обладают наилучшей совместимостью и могут полностью раскрыть механические свойства; стекловолокно подходит для более широкого спектра систем, таких как ненасыщенный полиэфир, виниловая смола, эпоксидная смола и т. д.

Советы: при выборе различных волокон убедитесь, что общая система «волокно-смола» хорошо подобрана, чтобы максимизировать синергетический эффект композитного материала.

Строительные меры предосторожности

Содержите поверхность конструкции сухой и чистой;

Строго контролировать направление укладки и межслойное давление;

Используйте сырье и рекомендации по сборке, предоставленные профессиональными поставщиками материалов из углеродного волокна, чтобы избежать структурных проблем и последующих доработок.

Рекомендации по выбору проекта и практические примеры

Рекомендации по применению и предложения по выбору материалов

Тип приложения	Рекомендуемые материалы	Причины выбора
Армирование строительных конструкций	Ткань из углеродного волокна	Высокая прочность и долговечность, подходит для сейсмического армирования, ремонта балок и плит.
Спортивное оборудование	Ткань из стекловолокна	Отличная эластичность и простота обработки, подходит для таких изделий, как сноуборды и доски для серфинга.
Аэрокосмические компоненты	Ткань из углеродного волокна	Легкий и высокомодульный, с превосходной усталостной долговечностью и термостойкостью.
Производство пресс-форм	Ткань из стекловолокна	Низкая стоимость и гибкость обработки, подходит для крупномасштабных композитных форм.
Электрические корпуса и взрывозащита	Ткань из стекловолокна	Отличные электроизоляционные свойства, подходят для кабельных желобов, корпусов переключателей и т. д.
Корпус для БПЛА	Ткань из углеродного волокна	Легкий и прочный, значительно повышает эффективность полета и срок службы самолета.

Заблуждения и рекомендации по выбору

Заблуждение 1: Самая низкая стоимость – лучший вариант → Игнорирование технического обслуживания или несоблюдение требований к прочности;

Заблуждение 2: Высокая производительность необходима для всех применений → Углеродное волокно «переработано» для определенных применений с низкой и средней нагрузкой;

Предложение: установите «коэффициент резервирования производительности» на основе параметров проекта и выполните соответствующие настройки.

Вывод: крайне важно выбрать правильного поставщика материалов из углеродного волокна.

При выборе композитных армирующих материалов сам материал – это лишь часть успеха. Что еще более важно, так это выбрать поставщика материалов из углеродного волокна с возможностями технической поддержки, чтобы предоставить вам:

Стандартизированные технические данные и руководство по строительству;

Полная система продуктов (ткань из углеродного волокна, препрег, антиадгезионная ткань и т. д.);

Поддержка индивидуальных решений;

Надежная доставка и гарантия качества.

Рекомендуемый поставщик материалов из углеродного волокна: Revolve CF.

Являясь ведущей в отрасли компанией по исследованиям, разработкам и производству материалов из углеродного волокна, Revolve CF предоставляет клиентам высокопрочную ткань из углеродного волокна, препреги авиационного класса, профессиональные разделительные материалы и индивидуальные решения из композитных материалов, обслуживая клиентов в авиации, железнодорожном транспорте, судостроении, строительстве, энергетике и других областях.

Электронная почта: HarveyXu@revolve-cf.com

Официальный сайт: https://www.revolve-cf.com

Если вам необходимо приобрести материалы из углеродного волокна оптом, получить образцы или получить техническую поддержку, пожалуйста, свяжитесь с поставщиком материалов из углеродного волокна Revolve CF, мы предоставим профессиональную помощь для вашего проекта.