Włókno węglowe — król nowych materiałów

Wprowadzenie do włókna węglowego


Włókno węglowe to rodzaj nowego materiału włóknistego o wysokiej wytrzymałości i wysokim module sprężystości, o zawartości węgla przekraczającej 95%. Jest to mikrokrystaliczny materiał grafitowy uzyskiwany poprzez poddanie włókien organicznych – składających się z ułożonych warstwowo kryształów grafitu ułożonych wzdłuż osi włókna – procesom karbonizacji i grafityzacji.

Włókno węglowe Jest lżejszy od aluminium, a jednocześnie mocniejszy od stali. Posiada takie cechy, jak odporność na korozję, wysoki moduł sprężystości, niska gęstość, zerowe pełzanie, doskonałe przewodnictwo elektryczne i cieplne, odporność na bardzo wysokie temperatury w środowiskach nieutleniających oraz doskonałą odporność na zmęczenie. Łącząc naturalne właściwości materiałów węglowych z miękkością i przetwarzalnością włókien tekstylnych, jest szeroko stosowany w sektorach takich jak obronność i wojsko, przemysł lotniczy i kosmiczny, sprzęt sportowy, przemysł motoryzacyjny, sprzęt energetyczny, urządzenia medyczne, maszyny budowlane, transport i wzmocnienia konstrukcyjne. Jest to kluczowy materiał strategiczny dla rozwoju obronności i gospodarki narodowej.

Klasyfikacja włókna węglowego

Według surowca: Włókna węglowe dzieli się zasadniczo na trzy rodzaje: na bazie wiskozy, na bazie smoły oraz na bazie poliakrylonitrylu (PAN). Spośród nich włókno węglowe na bazie PAN jest najbardziej obiecującym prekursorem w produkcji wysokowydajnych włókien węglowych ze względu na prosty proces produkcji, niższe koszty, wysoką wydajność karbonizacji i doskonałe właściwości mechaniczne. Włókna węglowe produkowane z PAN oferują najlepszą ogólną wydajność, opierają się na dojrzałych i prostych procesach produkcyjnych oraz charakteryzują się najszerszym zakresem zastosowań, najwyższymi wolumenami produkcji i największą różnorodnością typów; dominują na rynku globalnym, stanowiąc ponad 90% całkowitej globalnej produkcji.
Według wydajności: Włókna węglowe można podzielić na włókna ogólnego przeznaczenia, włókna o wysokiej wytrzymałości (GQ), włókna o wysokiej wytrzymałości/średnim module (QZ), włókna o wysokim module (GM) oraz włókna o wysokiej wytrzymałości/wysokim module (QM). Ze względu na dominującą pozycję firmy Toray Industries w tej dziedzinie, oznaczenia jej produktów stały się standardami branżowymi. Produkty są zazwyczaj klasyfikowane jako włókna o wysokiej wytrzymałości serii „T” i włókna o wysokim module „M” (konkretne modele wymieniono poniżej). Wyższe numery oznaczają gatunki o wyższej wydajności, a gatunki z literą w nazwie mają lepsze parametry niż te bez niej (np. T300B ma lepsze parametry niż T300).
Według rozmiaru holowanego przedmiotu: Włókno węglowe dzieli się na odmiany o małej i dużej gęstości. Włókno węglowe o małej gęstości początkowo składało się głównie z klas 1K, 3K i 6K, zanim ewoluowało do klas 12K i 24K; jest ono wykorzystywane głównie w sektorach zaawansowanych technologii – takich jak obrona narodowa i lotnictwo (samoloty, pociski rakietowe, rakiety i satelity) – a także w sprzęcie sportowym i rekreacyjnym, takim jak sprzęt wędkarski, kije golfowe i rakiety tenisowe. Włókno węglowe o gęstości 48K lub większej – w tym 48K, 60K i 80K – jest zazwyczaj klasyfikowane jako włókno węglowe o dużej gęstości. Jest wykorzystywane głównie w zastosowaniach przemysłowych, obejmujących takie sektory jak tekstylia, opieka zdrowotna, elektromechanika, inżynieria lądowa i wodna, budownictwo, transport i energetyka.

Charakterystyka włókna węglowego