Karbonska vlakna 101: Razumijevanje tkanja i tkanina

Nakon što se ugljična vlakna proizvedu i oblikuju, često se utkaju u tkaninu. Kako bi započeli s izradom tkanine, proizvođači stvaraju snopove karbonskih vlakana koji se nazivaju pletenice. Kudilje se ocjenjuju na temelju sadržaja vlakana ili niti i obično se nazivaju 3k, 6k, 12k i 15k. K označava "tisuću", što znači da se 3k konopac sastoji od 3000 karbonskih niti. Budući da je jedna nit karbonskih vlakana debela samo oko 5-10 mikrona, 3k vuča je debela samo oko 0.125 inča. Kutija od 6k je otprilike dvostruko deblja od kudilja od 3k, četiri puta deblja od kudilja od 12k, i tako dalje. Velika količina jakih karbonskih vlakana u tako kompaktnom prostoru daje materijalu nevjerojatnu čvrstoću.

pletenica od karbonskih vlakana
Namoti karbonskih vlakana utkani su u tkaninu na tkalačkom stanu. Najčešća tkanja su platno tkanje, keper tkanje i pleteno tkanje.

Tkanina od karbonskih vlakana ravnog tkanja ili 1x1 tkanja je simetrična i nalikuje šahovskoj ploči. Komodi su tkani u uzorku iznad/dolje, dajući vrlo stabilna, čvrsto isprepletena vlakna. Stabilnost tkanine odnosi se na sposobnost materijala da zadrži svoju orijentaciju vlakana i kut tkanja. Zbog svoje visoke stabilnosti tkanine, obična tkanina od ugljičnih vlakana manje je prikladna za složene konture jer nije osobito fleksibilna. Međutim, lakše je rukovati i ne uzrokuje deformaciju tkanine. Stoga je idealan za ravne ploče, cijevi i 2D krivulje.

Naboranost je zakrivljenost pojedinačnih vlakana u tkanju, a obične tkanine od ugljičnih vlakana imaju grubu naboranost zbog tijesnog isprepletanja vlakana. S vremenom ovo grubo uvijanje stvara točke stresa koje vode do slabih područja.

Keper tkanje, koje se sastoji od uzorka 2x2 ili 4x4, najčešća je vrsta tkanine od karbonskih vlakana. Kod pletenice 2x2 svaki pramen se provuče preko dva pramena, a zatim ispod oba pramena. Razumljivo je, dakle, da se pletenica 4x4 sastoji od toga da svaki pramen prolazi kroz četiri pramena, a zatim kroz još četiri pramena. Ovo preko/donje tkanje stvara poseban dijagonalni uzorak. Razmak između prepletenih niti kod keper tkanja je veći nego kod platno tkanja. Kao rezultat toga dolazi do manje kovrčanja, smanjujući mogućnost razvoja stresnih točaka.

Keper tkanje je fleksibilno i može oblikovati složene konture dok još uvijek zadržava dobru stabilnost. S njim se mora rukovati pažljivije nego s ravnim tkanjem kako bi se izbjegla povećana deformacija tkiva. 4x4 tkanje je lakše oblikovati nego 2x2 tkanje, ali tkanina je također manje stabilna.

Satensko tkanje koristi se tisućama godina kako bi se svilenim tkaninama dala prekrasna draperija dok je tkanina bila glatka i bešavna. Kada se koriste u kompozitima od karbonskih vlakana, satensko tkanje može lako oblikovati složene konture. Očito, to znači da je stabilnost satenskog tkanja niža od ostalih tkanja.

Najčešća satenska tkanja su četverostruki saten (4HS), petostruki saten (5HS) i osmostruki saten (8HS). Ovaj broj predstavlja ukupan broj prijeđenih i potom prijeđenih vučenja. Na primjer, 4HS tkivo ima tri niti koje prolaze kroz njega, a zatim jednu nit koja prolazi kroz njega. Kod 5HS se križaju četiri vuče pa jedan ispod, dok se kod 8HS prelazi sedam vuče pa jedan ispod. Što je veći broj satenskog tkanja, to je bolja sposobnost oblikovanja, ali lošija stabilnost.

Postoje mnoge druge metode tkanja koje se koriste za izradu tkanina od karbonskih vlakana. To uključuje riblju pletenicu, pletenicu od pletenice, pletenicu, jednosmjernu pletenicu i prilagođenu pletenicu. Svako tkanje sadrži jedinstvena svojstva koja ga čine idealnim za korištenje u nekim dizajnima, ali ne i dobrim izborom za druge. Mnogo je čimbenika koji se moraju uzeti u obzir pri određivanju koja se pletenica od karbonskih vlakana koristi za obavljanje određene funkcije. Ti čimbenici uključuju čvrstoću, mogućnost oblikovanja, stabilnost i savijanje. Proizvođači ugljičnih vlakana stručnjaci su u znanju koju tkaninu treba koristiti za koji dizajn.