Zrozumieć włókno węglowe

Włókno węglowe to niezwykły materiał. Dopracowanie jego wytwarzania i przetwórstwa otworzyło zupełnie nowy horyzont rozwiązań dla światowego przemysłu od projektów wojskowych po nowoczesny design mebli.

Wachlarz możliwości kompozytów CFRP (Carbon Fiber Reinforced Polymer) ciągle się poszerza. Odpowiednio skonstruowany kompozyt zbrojony włóknem węglowym jest niezwykle lekki, wytrzymały i do tego ma właściwości tłumiące drgania. Dzięki jego zastosowaniu dzisiaj możemy konstruować:

1. Elementy dłuższe i smuklejsze niż kiedykolwiek, bez obaw, że załamią się pod własnym ciężarem.
2. Cięgna o zredukowanym przekroju i mniejszej masie;
3. Wyroby ultralekkie, które osadzimy na również znacznie lżejszych i mniej rozbudowanych podporach niż dawniej;
4. I co na ten moment najważniejsze, z pomocą węgla budujemy urządzenia wymagające mniejszych mocy napędowych do wykonywania swojej pracy lub prezentujące znacznie lepsze osiągi przy zachowaniu tych samych napędów co wcześniej (samochody, drony, ramiona robotyczne).

Należy jednak pamiętać, że nie każde włókno węglowe ma takie same właściwości, a w szczególności nie każdy kompozyt węglowy je ma. Właściwości gotowego elementu konstrukcyjnego wynikają ze współpracy włókien zbrojeniowych z wypełnieniem z żywic polimerowych oraz ewentualnych dodatków. Dopiero odpowiednio dobrane parametry tych składników nadają kompozytowi pożądane właściwości. Już sam dobór konkretnej żywicy dramatycznie zmienia właściwości mechaniczne i chemiczne otrzymanego materiału. To samo dotyczy typu i rozmieszczenia włókna węglowego, na którym skupimy się w tym artykule.

Niezwykłe właściwości kompozytu CFRP

Za niezwykłe parametry kompozytu CFRP odpowiada jego włóknista natura. Jej strukturę od poziomu widzialnego do mikroskopijnego doskonale prezentuje poniższy film. Jest to najprawdopodobniej najlepszy tego typu materiał dostępny w internecie.


To właśnie jakość, rozmieszczenie oraz kierunek zbrojenia tworzą charakterystykę elementów z niego wytworzonych. Gotowe do przetworzenia włókno węglowe jeszcze przed zalaminowaniem, ma kilka cech, które świadczą o jego przydatności konstrukcyjnej. Podstawowym parametrem samej wiązki włókien jest jej wytrzymałość na rozciąganie (MPa) oraz moduł sprężystości czyli moduł Younga (GPa). Te cechy świadczą bezpośrednio o jakości podstawowej nitki tworzącej rowing węglowy (wiązkę pojedynczych włókien grafitowych). Kolejne parametry to ilość tych włókien w pasmie rowingu oraz Tex czyli ich sumaryczna masa na odcinku 1km. Umiejętność czytania tych liczb dostarcza nam wiedzy min. na temat grubości / szerokości wiązki oraz ilości niezbędnych warstw materiału potrzebnych aby nadać kompozytowi pożądaną wytrzymałość.

Jednak rowing poza niektórymi technologiami przetwórstwa jak np. filament winding lub poltruzja, jest jedynie półproduktem. Na jego bazie produkowana jest szeroka gama tkanin węglowych o właściwościach zależnych zarówno od typu użytego rowingu jak i zastosowanego splotu lub szycia.

Tkaniny węglowe

Tkaniny węglowe dzielą się na liczne grupy w zależności od przeznaczenia. Ich podstawowy podział przedstawiliśmy na poniższym grafie.