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
| Параметр |
Рубленая фибра |
Измельченная фибра |
Молотая фибра |
| Сырье |
Непрерывное углеродное волокно/отходы |
Углеволокнистый материал (отходы) |
Углеволокнистый материал (отходы) |
| Длина волокон |
2-50 мм. |
От микрон до сантиметров |
Самые короткие (микронные) |
| Прочность при растяжении |
≥ 3,0 ГПа |
Зависит от исходного сырья |
Зависит от исходного сырья |
| Модуль упругости |
250±50 ГПа |
Зависит от исходного сырья |
Зависит от исходного сырья |
| Объемная плотность |
1,78±0,4 г/см³ |
1,65-1,80 г/см³ (LD) |
1,65-1,80 г/см³ (LD) |
| Содержание аппрета |
0,6-2,0% |
≤ 0,5% |
≤ 0,5% |
| Основное применение |
Высокопрочные композиты |
Строительные материалы, бетоны |
Наполнитель для композитов |
| Стоимость |
Высокая |
Средняя |
Низкая |
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
| Параметр |
Углеродная фибра |
Стальная фибра |
Стеклянная фибра |
Базальтовая фибра |
Полипропиленовая фибра |
| Плотность, г/см³ |
1,68-1,80 |
7,8 |
2,5-2,7 |
2,6-2,8 |
0,9-0,91 |
| Прочность на растяжение, МПа |
2500-4000 |
500-2000 |
1500-3500 |
3000-4800 |
300-700 |
| Модуль упругости, ГПа |
180-230 |
200 |
70-80 |
80-110 |
3-5 |
| Коррозионная стойкость |
Отличная |
Низкая |
Хорошая |
Отличная |
Отличная |
| Термостойкость, °C |
До 3000 |
До 1500 |
До 600 |
До 1200 |
До 160 |
| Электропроводность |
Высокая |
Высокая |
Низкая |
Низкая |
Низкая |
| Стоимость |
Высокая |
Средняя |
Низкая |
Средняя |
Низкая |
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.
