Att välja fel kolfiber kan öka kostnaderna med 40% och leda till att projektet misslyckas. Denna guide för val av kolfiber avslöjar hur ingenjörer inom flyg-, fordons- och robotteknik väljer optimala material .

guide för val av kolfiber

1. Grundläggande förståelse för kolfiber

Sammansättning: >90% kolatomer (från PAN eller beckprekursorer).

Viktiga egenskaper:

  • Högt förhållande mellan styrka och vikt (5x starkare än stål till 1/4 av vikten)
  • Högt förhållande mellan styvhet och vikt
  • Låg värmeutvidgning
  • Utmärkt utmattningshållfasthet
  • Motståndskraft mot korrosion
  • Elektrisk konduktivitet
  • Anisotropisk: Egenskaperna varierar med fiberriktningen.

2. Kritiska urvalsparametrar

- Enkelriktad (UD): Alla fibrer i 0°. Maximal styrka/styvhet i den primära riktningen. Laminat.

- Slätvävd: Enkel över/under. God stabilitet, balanserade egenskaper. Lättast att hantera.

- Kypertväv (2×2, 4×4): Mjukare drapering, bättre följsamhet än tuskaft. Komplexa konturer.

- Satinväv (t.ex. 5HS, 8HS): Utmärkt drapering, reducerad krympning. Komplexa formar, högkvalitativa ytor.

- Tyg utan räfflor (NCF): Sömda lager av UD eller vävda skikt. Högre mekanisk prestanda.

  • Liten bogsering (1K-12K):
  • Bättre drapering, ytfinish. Komplexa former, sportartiklar.
  • Stor bogsering (24 000-50 000+):
  • Lägre kostnad per kg, högre deponeringshastighet. Fordon, industri.

- Enkelriktad (UD): Alla fibrer i 0°. Maximal styrka/styvhet i den primära riktningen. Laminat.

- Slätvävd: Enkel över/under. God stabilitet, balanserade egenskaper. Lättast att hantera.

- Kypertväv (2×2, 4×4): Mjukare drapering, bättre följsamhet än tuskaft. Komplexa konturer.

- Satinväv (t.ex. 5HS, 8HS): Utmärkt drapering, reducerad krympning. Komplexa formar, högkvalitativa ytor.

- Tyg utan räfflor (NCF): Sömda lager av UD eller vävda skikt. Högre mekanisk prestanda.

några vanliga vävar

kolfiberväv

Vikt per ytenhet (g/m² eller oz/yd²). Påverkar laminattjocklek, hartsinnehåll, processtid.

Säkerställ kompatibilitet med valt hartssystem (epoxi, polyester, vinylester, bismaleimid, termoplast).

Avgörande för vidhäftning mellan fiber och matris (bindningsstyrka). Specificeras baserat på hartstyp.

- Torrt tyg: Kräver infusion av harts.

- Prepreg: Förimpregnerat med harts (frysförvaring). Konsekvent kvalitet, enklare uppläggning.

- Hackad sträng/matta: För gjutmassor, kort fiberförstärkning.

- Pultruderade profiler: Konstant tvärsnitt (stavar, rör).

3. Applikationsbaserade rekommendationer

  • Flyg- och rymdindustrin (primära strukturer): IM- eller HM-fibrer, UD- eller vävda prepregs med tunna skikt, kontroll av hög hartshalt.
  • Fordon (prestanda): SM- eller IM-fibrer, stora fiberdukar eller NCF, snabbhärdande prepreg/resinsystem.
  • Sportartiklar (cyklar, racketar): SM- eller IM-fibrer, 3K twillväv för estetik, UD för prestandazoner, Prepreg eller våtuppläggning.
  • Konsumentelektronik: HM-fibrer för styvhet, tunna vävar eller UD för snygga profiler, EMI-skyddande kvaliteter.
  • Industri/Robotik: SM- eller IM-fibrer, kostnadseffektiva tyger med stora sladdar, epoxi- eller vinylesterhartser.
  • Marine: SM-fibrer, vävda tyger (twill/satin), Vinylester eller epoxi för korrosionsbeständighet.

4. Leverantörs- och kvalitetsaspekter

  • Leverantörens rykte: Certifieringar (AS9100, ISO 9001), arv från flyg- och rymdindustrin.
  • Enhetlighet: Variationer i egenskaper, storlek och vikt från parti till parti.
  • Tillgänglighet av data: Tillgång till certifierade data om mekaniska egenskaper (drag-, tryck- och skjuvhållfasthet).
  • Ledtider och tillgänglighet: Avgörande för projektplanering.

5. Överväganden om bearbetning

  • Manuell uppläggning (våt): Välj tyger med bra drapering (twill, satin) och hanterbar ytvikt.
  • Resin Infusion (VARTM, RTM): Välj permeabla tyger/NCF, kompatibla flödesmedier.
  • Prepreg uppläggning: Kräver härdning i autoklav/ugn. Tänk på klibbighet, livslängd och härdningscykel.
  • Kompressionsgjutning: Hackad fiber, SMC eller förformade tyger.
  • Automatiserade processer (ATL/AFP): UD-band eller skurna tyger. Breddkontroll med precision.

6. Optimering av kostnader

  • Utvärdera: Stor tow vs. liten tow, torrväv vs. prepreg, standardmodul vs. högmodul.

  • Minimera avfallet: Effektiv nestning, optimala kapningsmetoder.

  • Processeffektivitet: Snabbare härdning av hartser, minskad arbetsinsats (automatisering, infusion).

7. Flödesschema för viktiga beslut

  1. Definiera applikationskrav: Belastningar (drag, tryck, skjuvning), styvhet, viktmål, miljö, säkerhetsfaktorer.
  2. Identifiera kritiska egenskaper: Är det styrka, styvhet, slagtålighet eller utmattningslivslängd som är viktigast?
  3. Beakta tillverkningsmetod: Våtuppläggning, prepreg, infusion, gjutning?
  4. Välj fibertyp och dragstorlek: SM, IM, HM? 3 KM, 12 KM, 50 KM?
  5. Välj väv och ytvikt: UD, enfärgad, twill, satin? Hur många g/m²?
  6. Ange hartsets kompatibilitet och form: Prepreg eller torr väv? Kompatibelt hartssystem.
  7. Utvärdera leverantörer och kostnader: Balans mellan prestanda, kvalitet och budget.
  8. Prototyp och test: Validera urvalet före fullskalig produktion.

8. Viktiga anmärkningar

  • Rådfråga experter: Engagera materialforskare eller kompositingenjörer tidigt.
  • Testning: Materialdatablad är vägledande; utför applikationsspecifika tester.
  • Tänk på hela systemet: Fibern är bara en komponent. Harts, kärna (om sandwich) och tillverkningsprocess är lika kritiska.
  • Hållbarhet: Utforska alternativ med återvunnen kolfiber när prestandan tillåter.

Fortfarande förvirrad? Kontakta oss här