Pletiva od karbonskih vlakana: što su i zašto ih koristiti

Ako ste se ikada zapitali zašto bi jedan komad karbonskih vlakana mogao izgledati drugačije od drugog, niste jedini. Ugljična vlakna dolaze u mnogo različitih tkanja, od kojih svako služi različitoj svrsi, a nije samo ukrasno.

Ugljična vlakna izrađena su od prekursora kao što su poliakrilonitril (PAN) i rajon. Prekursorska vlakna su kemijski obrađena, zagrijavana i istegnuta, a zatim karbonizirana kako bi nastala vlakna visoke čvrstoće. Ta se vlakna ili filamenti zatim spajaju zajedno i identificiraju prema broju ugljikovih filamenata koje sadrže. Uobičajene vrijednosti vuče su 3k, 6k, 12k i 15k. Slovo "k" označava tisuću, tako da je 3k žica napravljena od 3000 karbonskih niti. Standardna 3k traka obično je široka 0.125 inča, tako da je to puno vlakana naguranih u malom prostoru. Kutija od 6k ima 6,000 karbonskih niti, 12k ima 12,000 karbonskih niti itd. Velike količine vlakana visoke čvrstoće povezanih zajedno čine karbonska vlakna tako jakim materijalom.

tkanje karbonskih vlakana
Ugljična vlakna često dolaze u obliku tkanih tkanina, što olakšava rad s njima i može pružiti dodatnu strukturnu čvrstoću ovisno o primjeni. Stoga se tkanine od karbonskih vlakana mogu tkati na mnogo različitih načina. Najčešći su obični, keper i saten na tregere, a mi ćemo detaljno pokriti svaki materijal.

ravnog tkanja
Obične ploče od karbonskih vlakana imaju simetričan izgled s izgledom male šahovnice. U ovom tkanju, pramenovi su utkani u uzorku iznad/dolje. Mali razmak između isprepletanja daje platno tkanju visok stupanj stabilnosti. Stabilnost tkanine odnosi se na sposobnost tkanine da zadrži svoj kut tkanja i orijentaciju vlakana. Zbog ove visoke razine stabilnosti, platno tkanje je manje prikladno za slojeve sa složenim konturama i neće biti tako fleksibilno kao neke druge tkanine. Općenito govoreći, tkanina ravnog tkanja prikladna je za ravne listove, cijevi i dvodimenzionalne krivulje.

Jedan nedostatak ovog uzorka tkanja je da postoji jako uvijanje u pramenovima zbog kratke udaljenosti između isprepletenosti (kutovi koje vlakna formiraju kada su tkana, vidi dolje). Oštro savijanje stvara koncentracije naprezanja koje s vremenom oslabljuju dio.

Keper tkanje
Keper je most između običnog i satenskog tkanja o čemu ćemo dalje govoriti. Tkanina od kepera ima dobru fleksibilnost i može oblikovati složene konture. Lošija je od satenske tkanine na tregere u održavanju stabilnosti tkanine, ali nije tako dobra kao tkanina običnog tkanja. Ako pratite pramenove u keper tkanju, on prolazi kroz određeni broj pramenova, a zatim kroz isti broj pramenova. Uzorak gore/dolje stvara izgled dijagonalne strelice, koja se naziva "keper linija". Veći razmak između isprepletenih pramenova znači manje uvijanja i manje potencijalne koncentracije naprezanja u usporedbi s tkaninama ravnog tkanja.

Tkanina keper 2×2

4×4 keper
2×2 keper je vjerojatno najpoznatije tkanje karbonskih vlakana u industriji. Koristi se u mnogim kozmetičkim i dekorativnim primjenama, ali je također vrlo funkcionalan, kombinira srednju sposobnost oblikovanja sa srednjom stabilnošću. Kao što ime 2×2 implicira, svaka će vuča proći kroz 2 vučne trake i zatim prijeći preko obje vučne. Isto tako, keper 4×4 će se provući kroz 4 vuce, a zatim kroz 4 vuce. Oblikuje se nešto bolje od 2×2 kepera jer tkanje nije toliko čvrsto, ali je i manje stabilno.

uprtač saten
Satensko tkanje osmišljeno je prije više tisuća godina kako bi se stvorile svilene tkanine s izvrsnim zastorom dok su izgledale glatke i bešavne. Za kompozite, ova sposobnost okretanja znači da se mogu lako oblikovati i omotati oko složenih kontura. Budući da je ova tkanina vrlo prilagodljiva, očekuje se da će njena stabilnost biti niska. Uobičajeno tkanje heddle satena uključuje 4-heddle saten (4HS), 5-heddle saten (5HS) i 8-heddle saten (8HS). Kako se količina satenskog tkanja povećava, sposobnost oblikovanja se povećava, a stabilnost tkanine opada.

4HS

5HS

8HS

Broj u nazivu Harness Satin označava ukupan broj vuče koje prolazi. Za 4HS će proći kroz 3 povlačenja, a zatim ispod 1 povlačenja. Za 5HS će proći kroz 4 vuče pa ispod 1 vuče, a za 8HS će proći kroz 7 vuče pa ispod 1 vuče.

Rasprostranjena vuča u odnosu na standardnu ​​vuču
Rasprostranjeni materijali mogu biti dobar kompromis između upotrebe jednosmjernih materijala i standardnih pletenih materijala. Kada se niti vlakana pletu gore-dolje kako bi se oblikovala tkanina, čvrstoća se smanjuje zbog skupljanja u nitima. Kada povećate broj filamenata u standardnom pramenu (npr. sa 3 k na 6 k), pramen postaje veći (deblji), a kut uvojka postaje grublji. Jedan od načina da se to izbjegne je raširiti filamente u šire pramenove, to se zove širenje pramenova, a postoji nekoliko prednosti toga.

Širenje pramena pruža manji kut uvijanja nego standardno pletenje pramena i može smanjiti nedostatke križanja povećanjem glatkoće. Niži kut savijanja rezultirat će većom čvrstoćom. S raširenim materijalima za vuču također je lakše raditi nego s jednosmjernim materijalima i još uvijek pružaju prilično dobru prevenciju izvlačenja vlakana.

Razmotajte kudelju platno tkanje

Raširena kudelja keper tkanja

jednosmjeran
Kao što ime sugerira, uni, što znači jedan, sva su vlakna orijentirana u istom smjeru. Ovo daje neke prednosti visoke čvrstoće jednosmjernim (UD) tkaninama. UD tkanina nije tkana i nema naborana isprepletena vlakna koja bi oslabila strukturu. Nasuprot tome, kontinuirana vlakna dodaju snagu i krutost. Još jedna prednost je mogućnost prilagodbe rasporeda s većom kontrolom nad karakteristikama izvedbe. Okviri za bicikle izvrstan su primjer kako se UD tkanine mogu koristiti za prilagođavanje performansi. Područje donjeg nosača okvira mora biti krut kako bi se vozačeva snaga prenijela na kotače, ali okvir također mora biti fleksibilan i savitljiv kako bi se izbjegle ozljede vozača. S UD materijalima možete odabrati točan smjer vlakana kako biste dobili potrebnu snagu.

Veliki nedostatak UD-a je njegova manevarska sposobnost. UD se lako može raspasti tijekom postavljanja jer nema isprepletenih vlakana koja bi ga držala zajedno. Ako su vlakna neispravno postavljena, gotovo ih je nemoguće ponovno ispravno preusmjeriti. Strojno obrađeni dijelovi izrađeni od UD tkanine također mogu uzrokovati probleme. Ako se neka vlakna povuku prema gore na mjestu gdje je element odrezan, ta labava vlakna mogu povući prema gore cijeli dio. Tipično, ako se za laminiranje odabere UD materijal, sloj tkanog materijala koristit će se za prvi i zadnji sloj kako bi se poboljšala obradivost i trajnost dijela. To se radi od okvira dronova za hobiste pa sve do proizvodnih dijelova raketa.