Țesături din fibră de carbon: ce sunt și de ce să le folosiți

Dacă te-ai întrebat vreodată de ce o bucată de fibră de carbon ar putea arăta diferită de alta, nu ești singur. Fibra de carbon vine în multe țesături diferite, fiecare având un scop diferit și nu este doar decorativă.

Fibrele de carbon sunt fabricate din precursori precum poliacrilonitrilul (PAN) și raionul. Fibrele precursoare sunt tratate chimic, încălzite și întinse, apoi carbonizate pentru a crea fibre de înaltă rezistență. Aceste fibre, sau filamente, sunt apoi îmbinate împreună pentru a forma câlți, care sunt identificate prin numărul de filamente de carbon pe care le conțin. Clasele comune de remorcare sunt 3k, 6k, 12k și 15k. „k” înseamnă o mie, deci un cârlig de 3k este format din 3,000 filamente de carbon. Un cârlig standard de 3k are de obicei 0,125" lățime, așa că împachetează o mulțime de fibre într-un spațiu mic. Un cârlig de 6k are 6,000 filamente de carbon, un cârlig de 12k are 12,{{16} }} filamente de carbon și așa mai departe. O mulțime de fibre de înaltă rezistență reunite împreună fac din fibra de carbon un material atât de puternic.

Fibră de carbon țesătă
Fibra de carbon vine de obicei sub forma unei țesături, ceea ce face mai ușor de lucrat și, în funcție de aplicație, poate oferi o rezistență structurală suplimentară. Ca rezultat, țesăturile din fibră de carbon vin în multe țesături diferite. Cele mai obișnuite sunt solide, twill și satin panglică și le vom analiza pe fiecare în detaliu.

țesătură simplă
Panourile din fibră de carbon cu țesătură simplă par simetrice, cu un aspect mic de șah. În această țesătură, câlțile sunt țesute într-un model peste/sub. Distanța scurtă dintre țesături conferă țesăturii simple un grad ridicat de stabilitate. Stabilitatea țesăturii este capacitatea unei țesături de a-și menține unghiul de țesere și orientarea fibrei. Datorită acestui nivel ridicat de stabilitate, țesătura simplă este mai puțin potrivită pentru aranjamente complexe conturate, nu va fi la fel de flexibilă ca alte țesături. În general, țesătura simplă este potrivită pentru foi plate, țevi și curbe bidimensionale.

Un dezavantaj al acestui model de țesere este sertizarea aspră (unghiul pe care fibrele îl fac atunci când se țes, vezi mai jos) în câlți, din cauza distanței scurte dintre împletire. Cripturile aspre creează concentrații de stres care pot slăbi piesa în timp.

Țesătură de sarg
Twill acționează ca o punte între țesătura simplă și țesătura din satin, despre care vom discuta în continuare. Twill este suficient de flexibil pentru a forma contururi complexe și este mai bun la menținerea stabilității țesăturii decât țesătura din satin, dar nu la fel de bun ca țesătura simplă. Dacă urmați un cârlig în twill, acesta trece printr-un anumit număr de câlți și apoi prin același număr de câlți. Modelul de mai sus/dedesubt creează un aspect de vârf de săgeată diagonal cunoscut sub numele de „linie diagonală”. Distanța mai mare dintre țesăturile de cârlig înseamnă mai puțină sertizare și o concentrare mai mică a tensiunilor potențiale în comparație cu o țesătură simplă.

2×2 Twill

Twill 4×4
2×2 Twill este probabil cea mai cunoscută țesătură din fibră de carbon din industrie. Este folosit în multe aplicații cosmetice și decorative, dar este și foarte funcțional, are atât formabilitate moderată, cât și stabilitate moderată. După cum sugerează și numele 2×2, fiecare cârlig va trece prin 2 câlți și apoi prin 2 câlți. La fel, un twill 4×4 va trece prin 4 tractari și apoi 4 tractari. Este puțin mai formabil decât 2×2 twill, deoarece țesutura nu este la fel de strânsă, dar este și mai puțin stabilă.

Ham Satin Weave
Țesătura din satin a fost concepută cu mii de ani în urmă pentru a crea țesături de mătase care au o acoperire excelentă, în timp ce arată netedă și fără cusături. Pentru compozite, această drapabilitate înseamnă că poate forma și înfășura cu ușurință contururi complexe. Datorită formabilității ridicate a acestei țesături, este de așteptat să aibă stabilitate scăzută. Țesăturile comune sunt cu patru haddle (4HS), cu cinci haddle (5HS) și opt haddle (8HS). Pe măsură ce numărul de țesături din satin crește, formabilitatea crește, în timp ce stabilitatea țesăturii scade.

4HS

5HS

8HS

Numărul din numele Harness Satin indică numărul total de tractari trecute. Pentru 4HS va fi peste 3 tractari si apoi sub 1 tractare. Pentru 5HS va fi peste 4 tractari apoi sub 1 tractare iar pentru 8HS va fi peste 7 tractari apoi sub 1 tractare.

Remorcare răspândită vs. Remorcare standard
Materialele de cârlig răspândite pot fi un compromis bun între utilizarea materialelor unidirecționale și a materialelor țesute standard. Atunci când câlțile din fibre sunt țesute în sus și în jos pentru a forma o țesătură, rezistența este redusă din cauza ondulațiilor din câlți. Pe măsură ce creșteți numărul de filamente dintr-un cârlig standard, să zicem de la 3k la 6k, câlcul devine mai mare (mai gros) și unghiul de sertizare devine mai ascuțit. O modalitate de a evita acest lucru este răspândirea filamentelor în câlți mai largi, cunoscute sub numele de câlți de răspândire, care are mai multe beneficii.

Câljele întinse oferă un unghi de sertizare mai mic decât împletiturile standard de cârlig și pot reduce defectele de încrucișare prin creșterea netezimii. Unghiurile de sertizare mai mici vor avea ca rezultat o rezistență mai mare. Materialele de cârlig împrăștiate sunt, de asemenea, mai ușor de lucrat decât materialele unidirecționale și au totuși o prevenire destul de bună a tragerii fibrelor.

Întindeți câlți simpli

Răspândiți țesătura twill de cârlig
unidirecțional
După cum sugerează și numele, uni înseamnă unul, iar toate fibrele sunt îndreptate în aceeași direcție. Acest lucru oferă unele avantaje de înaltă rezistență țesăturilor unidirecționale (UD). Țesătura UD nu este țesută și nu are fibre țesute ondulate care ar slăbi structura. În schimb, există fibre continue care adaugă rezistență și rigiditate. Un alt beneficiu este capacitatea de a personaliza stivuirea cu un control mai mare asupra caracteristicilor de performanță. Un cadru de bicicletă este un exemplu excelent al modului în care țesăturile UD pot fi folosite pentru a regla performanța. Cadrul trebuie să fie rigid în zona pedalierului pentru a transfera puterea călărețului către roți, dar trebuie să fie, de asemenea, conform și flexibil, pentru a nu copleși călărețul. Cu materialele UD, puteți alege orientarea precisă a fibrelor pentru a obține rezistența dorită.

Un dezavantaj major al UD este manevrabilitatea sa. UD se destramă cu ușurință în timpul așezarii, deoarece nu are fibre întrețesute care să-l țină împreună. Dacă fibrele sunt plasate incorect, este aproape imposibil să le reorientați corect din nou. Piesele prelucrate din țesături UD pot cauza, de asemenea, probleme. Dacă fibrele sunt trase în sus acolo unde a fost tăiată caracteristica, acele fibre libere vor fi trase în sus pe tot parcursul piesei. În mod obișnuit, dacă un material UD este selectat pentru strat, un strat de material țesut este utilizat pentru primul și ultimul strat pentru a îmbunătăți procesabilitatea și durabilitatea piesei. Acesta este ceea ce fac cadrele de drone amatori până la producția de piese de rachetă.