EN
Podstawowe właściwości mechaniczne włókna węglowego T700
Wytrzymałość na rozciąganie i moduł sprężystości: różnica wynikająca z zastosowania włókna węglowego T700 pod względem nośności obciążeniowej
Osiągając imponującą wytrzymałość na rozciąganie oraz równie imponujący moduł sprężystości, kompozyt z włókna węglowego T700 osiąga efektywną wytrzymałość na rozciąganie na poziomie 4900 MPa oraz moduł rozciągania wynoszący 230 GPa, co przekłada się na imponującą zdolność nośną. Równowaga tych cech umożliwia materiałom przenoszenie dużych obciążeń statycznych i dynamicznych bez trwałych zmian strukturalnych. Ta równowaga ma szczególne znaczenie w przemyśle lotniczym i motocyklowym. Kompozyty charakteryzują się również doskonałą odpornością na obciążenia cykliczne i statyczne oraz na wielokrotne użytkowanie. Szczególnie imponująca jest odporność na zmęczenie – żywotność zmęczeniowa włókna T700 jest o 40% większa niż wielu stopów aluminium. Kompozyty przewyższają wiele materiałów pod względem stosunku wytrzymałości do masy oraz odporności na zmęczenie; przy tym właśnie wyjątkowa odporność na zmęczenie stanowi jeden z wielu czynników przyczyniających się do przewyższania przez nie stosunku wytrzymałości do masy. Prędkość ułożenia cząsteczek sprzyja skutecznemu przekazywaniu naprężeń, zapewniając projekt o najwyższej możliwej wytrzymałości i bezpieczeństwie, a także o najwyższej możliwej precyzji.
Wydłużenie przy zerwaniu i odkształcenie do chwili pęknięcia pod wpływem obciążenia dynamicznego i cyklicznego
Moduł T700 wynosi zaledwie 2,1% pod wpływem obciążenia dynamicznego i cyklicznego, a moduł zerwania jest jeszcze mniejszy i wynosi jedynie 1,0%. Badania kompozytów na bazie włókna T700 zgodnie ze standardem ASTM D3479 wykazały, że po 10⁶ cyklach obciążenia kompozyty wykazały imponującą odporność na zmęczenie – zdolność do wytrzymywania obciążenia zmniejszyła się o zaledwie 15%. Kompozyty o najwyższej klasie wydajności pod obciążeniem dynamicznym i cyklicznym stosowane w przemyśle lotniczym i motocyklowym zawierają kompozyty włókniste, których trwałość zmęczeniowa przewyższa odporność elementów wykonanych ze stopów aluminium o imponujące 40%. Kompozyty te charakteryzują się również wyjątkową odpornością na kruche i nagłe pękanie.
Właściwości na poziomie interfejsu oraz kompozytu włókna węglowego T700
Wytrzymałość na ścinanie międzywarstwową oraz odporność na odspajanie się warstw w laminatach poddawanych wysokim naprężeniom
Dzięki zoptymalizowanej obróbce powierzchni i doborowi powłoki, węglowe włókno T700 osiąga wytrzymałość na ścinanie międzywarstwową (ILSS) przekraczającą 60 MPa, zgodnie ze standardem ASTM D2344. Interfejs włókno-macierz charakteryzuje się dziesięciokrotnym poprawieniem skuteczności hamowania krytycznego uszkodzenia w postaci odwarstwiania w laminatach poddawanych wysokim naprężeniom oraz działaniu uderzeń i zmęczenia. Laminaty lotnicze oparte na włóknach T700 wytrzymują 10⁶ cykli obciążenia i zachowują ponad 90% pierwotnej wytrzymałości na ścinanie międzywarstwowe (ILSS), co zapewnia ochronę warstw poddawanych wysokim naprężeniom. Dzięki właściwościom tego kompozytu, żeberka skrzydeł samolotów wykonane z włókien T700 wykazują o 40% mniejszą częstość występowania uszkodzeń warstw związanych z naprężeniami (odwarstwiania) w porównaniu do konstrukcji aluminiowych.
Powiązanie macierz-włókno oraz zachowanie własności poprzecznych przy wieloosiowym naprężeniu typu tkaniny
Dzięki zaprojektowanemu interfejsowi włókien T700 osiągnięto poprawę wiązania między macierzą a włóknem przy złożonych naprężeniach wieloosiowych (rozciąganie, ściskanie i skręcanie) oraz zachowanie właściwości poprzecznych. W przypadku materiałów kompozytowych stosowanych w zbiornikach ciśnieniowych i temperaturowych wydajność ta wynika z technologii wiązania macierzy z włóknem oraz metody zespolenia włókien, a także z entropii włókien rękawa, która ogranicza utratę wewnętrznych właściwości włókien.
Zastosowania wysokonaprężeniowe dla włókien węglowych T700
Wały napędowe i elementy obrotowe
Oszczędność masy, włókna węglowe T700 oraz wydajność w porównaniu z metalami.
Wysokoprędkościowe wały napędowe do zastosowań motocyklowych, lotniczych i przemysłowych. Włókno węglowe T700 charakteryzuje się wyjątkową odpornością na zmęczenie oraz sztywnością skrętną i odpornością na odkształcenia. Wysoki moduł właściwy zapewnia lekkość wałów napędowych wykonanych z włókna węglowego. Wały stalowe są niezwykle ciężkie, ale mogą zapewnić dalszy zasięg o 6060–6120. Metalowy wał napędowy może mieć mniejszą masę obrotową i moment bezwładności. Oszczędność zasięgu i czasu trwania działania w połączeniu z innymi elementami wspierającymi może pozostawać zgodna z kilkoma standardami eksploatacyjnymi.
Zbiorniki ciśnieniowe i łopaty turbin wiatrowych
Zwiększone zastosowanie włókna węglowego T700 wydłuża okres użytkowania i poprawia bezpieczeństwo w wielu zastosowaniach.
Zastosowanie włókna węglowego T700 w zbiornikach gazu pod wysokim ciśnieniem oraz w łopatach turbin wiatrowych stanowi modyfikację kompozytową. Lekkie systemy przechowywania sprężonego gazu oraz dalsze ulepszenia łopat opierają się na rdzeniach i aluminium. Opór włókna T700 jest bardzo niski. Łopaty turbin wiatrowych z serwisu z 2023 roku wykonane są ze szkła samozataczającego się i są niezwykle lekkie.
Znaczne systemy z włókna T700 są układane warstwowo.
Często zadawane pytania
Jak włókno węglowe T700 porównuje się do stali i innych materiałów budowlanych?
Lepsza niż u stali stosunkowo ponad pięciokrotnie wyższa wytrzymałość na jednostkę masy czyni włókno węglowe T700 bardziej optymalnym wyborem materiału, który charakteryzuje się lepszą odpornością na zmęczenie oraz większą elastycznością projektową przy zmiennej grubości.
W których głównych branżach stosuje się włókno węglowe T700?
Ze względu na łatwą kształtowalność, odporność na zmęczenie oraz dużą wytrzymałość włókno węglowe T700 znajduje zastosowanie głównie w przemyśle wiatrowym, lotniczym, motocyklowym oraz w magazynowaniu gazów pod bardzo wysokim ciśnieniem.
W jakich warunkach włókno węglowe T700 osiąga najlepsze parametry?
Odporność na zmęczenie oraz wydajność włókna węglowego T700 pod obciążeniem cyklicznym są o około 40% lepsze niż aluminium, a po 10⁶ cykli obciążenia jego wydajność spada jedynie o 15%.
Dlaczego włókno węglowe T700 stosuje się do produkcji łopat turbin wiatrowych?
Trwałość T700 przeznaczonego do zastosowań w turbinach wiatrowych ma istotne znaczenie pod względem wydajności, gdy awaria jest nieunikniona w warunkach silnie dynamicznego obciążenia, ponieważ zapewnia mikroskopijną ochronę przed mikropęknięciami, które skróciłyby żywotność łopaty do 25% szybkości rozprzestrzeniania się pęknięcia na szybie samochodowej; materiał ten wykazuje również odporność na korozję w niekorzystnych warunkach terenowych.
Dlaczego T700 nadaje się do zastosowań przy wysokim ciśnieniu?
Dzięki wytrzymałości na rozciąganie wynoszącej 4900 MPa, T700 jest idealny do budowy zbiorników ciśnieniowych, ponieważ przy tej samej masie przewyższa zdolność aluminium do wytrzymywania ciśnienia wewnętrznego trzykrotnie.