Работая с композитными материалами, занимаясь подбором материалов и ведя научно‑исследовательскую деятельность, невозможно обойтись без двух ключевых армирующих материалов. — Углеродное волокно и стекловолокно. Эти два материала занимают более 90% рынка армирующих фаз в композитных материалах, однако многие не различают их между собой и не знают, как правильно выбрать подходящий вариант. Сегодня мы проведём всесторонний сравнительный анализ по четырём ключевым параметрам: свойствам, стоимости, областям применения и технологическим особенностям.

Прежде всего следует чётко определить ключевую позицию: стекловолокно — король соотношения цены и качества: объёмные партии, доступная цена и широкая универсальность; углеродное волокно — король эксплуатационных характеристик: лёгкость и высокая прочность, премиальный и узкоспециализированный сегмент. В сочетании с полимерной матрицей эти два материала формируют две крупные системы: средне‑ и низкобюджетные универсальные композиты и высокопроизводительные премиальные композиты.

Чтобы обеспечить наглядное сравнение, был составлен всесторонний таблица параметров.

Многие задаются вопросом: раз углеродное волокно по своим свойствам значительно превосходит стекловолокно, почему оно не заменяет его повсеместно? Главная причина — соотношение стоимости и уровня эксплуатационных характеристик. ✅

Стекловолоконные композиты обладают крайне высокой стоимостной эффективностью: в таких общих областях применения, как лопасти ветряных турбин, коррозионностойкие трубопроводы, сантехническая продукция и корпуса обычного оборудования, их эксплуатационные характеристики полностью удовлетворяют требованиям; поэтому нет необходимости использовать дорогостоячее углеродное волокно. В же случаях, где предъявляются чрезвычайно жёсткие требования к массе, жёсткости и точности — например, в авиационных конструкционных элементах, кузовах автомобилей на основе новых энергетических технологий, высококлассных гоночных автомобилях и беспилотных летательных аппаратах — свойств стекловолокна оказывается недостаточно, и необходимо применять углеродные композиты.

Помимо характеристик прочности и стоимости, между ними существуют заметные различия и в технологической совместимости. Стекловолокно обладает большей гибкостью и превосходной пропитываемостью, хорошо подходит для практически всех методов формования — ручного намотки, распыления, вакуумной инфузии и др., а также характеризуется высокой технологической допускаемостью; углеродное волокно более хрупко, при обработке легко образует ворс и может ломаться, требует более строгих условий укладки и отверждения, что повышает стоимость производства и усложняет технологический процесс.

Кроме того, существует ещё один ключевой момент: композитные материалы со смешанными структурами. В настоящее время многие изделия в отрасли используют… Технология «углеродно‑стекловолоконного смешанного армирования» предусматривает использование углеродного волокна в ключевых несущих узлах и стекловолокна в вспомогательных участках; при этом, повышая эксплуатационные характеристики изделий, она существенно снижает производственные затраты, что делает её наиболее экономически эффективным решением для высококлассных композитных материалов. Данная технология широко применяется при изготовлении крупногабаритных лопастей ветряных турбин, высококачественного спортивного инвентаря и компонентов для новых энергетических систем.

В итоге: для массового производства и приоритета соотношения цены и качества выбирают стекловолоконные композиты; для высококлассных точных изделий, где важны предельная лёгкость и высокая прочность, — углеродные композиты; если необходимо сбалансировать эксплуатационные характеристики и стоимость, предпочтение отдаётся углеродно‑стекловолоконным гибридным композитам.

Источник: «Исследование применения армирующих материалов в композитах», Китайское стекловолокно / Отчёт о рыночном анализе отрасли углеродного волокна

Заявление: Настоящая статья предназначена исключительно для обмена и распространения знаний в области композитных материалов и рыночной информации и не используется в каких‑либо коммерческих целях.