Tkaniny z uhlíkových vlákien: Čo sú a prečo ich používať

Ak ste sa niekedy zamýšľali nad tým, prečo môže jeden kus uhlíkového vlákna vyzerať inak ako iný kus uhlíkového vlákna, nie ste sami. Uhlíkové vlákno prichádza v mnohých rôznych väzbách a každé slúži na iný účel, a to nie je len kozmetické.

Doska z uhlíkových vlákien Plátnová väzba Dárková väzba Keprová väzba

Uhlíkové vlákna sú vyrobené z prekurzorov, ako je polyakrylonitril (PAN) a umelý hodváb. Prekurzorové vlákna sú chemicky ošetrené, zahrievané a napínané, potom karbonizované, čím sa vytvárajú vlákna s vysokou pevnosťou. Tieto vlákna alebo filamenty sú potom spojené do zväzkov, ktoré sú identifikované počtom uhlíkových filamentov, ktoré obsahujú. Bežné hodnotenia vlečenia sú 3k, 6k, 12k a 15k. „K“ označuje tisíc, takže 3k kúdeľ je vyrobený z 3,000 uhlíkových vlákien. Štandardná 3k kúdeľ má zvyčajne šírku 0,125", takže na malom priestore je veľa vlákien. 6k kúdeľ má 6,000 uhlíkových vlákien, 12k má 12,{15}} vlákien, a tak ďalej. Tento veľký počet vysoko pevných vlákien zviazaných dohromady je to, čo robí uhlíkové vlákno takým pevným materiálom.

Tkané uhlíkové vlákno

Uhlíkové vlákno sa zvyčajne dodáva vo forme tkanej textílie, ktorá uľahčuje prácu a môže poskytnúť dodatočnú štrukturálnu pevnosť v závislosti od aplikácie. Z tohto dôvodu sa na tkaniny z uhlíkových vlákien používa veľa rôznych väzieb. Najbežnejšie sú Plain, Twill a Harness Satin a ku každému sa budeme venovať podrobnejšie.

Plain Weave

Plachta z uhlíkových vlákien v plátnovej väzbe vyzerá symetricky s malým šachovnicovým vzhľadom. V tejto väzbe sú kúdele tkané nad/pod vzorom. Krátky priestor medzi prepletením dodáva plátnovej väzbe vysokú úroveň stability. Stabilita tkaniny je schopnosť tkaniny zachovať si uhol väzby a orientáciu vlákna. Kvôli tejto vysokej úrovni stability nie je plátno vhodné pre zostavy so zložitými obrysmi, nebude také poddajné ako niektoré iné väzby. Vo všeobecnosti sú tkaniny s plátnovou väzbou vhodné pre ploché listy, rúrky a 2D krivky.

Schéma uhlíkových vlákien v plátnovej väzbe

Jednou nevýhodou tohto vzoru väzby je drsné zvlnenie (uhol, ktorý vlákno zviera pri tkaní, pozri nižšie) v kúdele v dôsledku krátkej vzdialenosti medzi prepletením. Hrubé zvlnenie môže vytvoriť koncentrácie napätia, ktoré môžu časom oslabiť diel.

Plachta z uhlíkových vlákien v plátnovej väzbe

Keprová väzba

Kepr slúži ako most medzi plátnovou väzbou a saténovými väzbami, o ktorých budeme diskutovať ďalej. Kepr má dobrú ohybnosť a dokáže sa vytvarovať do zložitých obrysov a lepšie si zachováva stabilitu látky ako atlasová väzba, ale nie je taká dobrá ako plátnová väzba. Ak sledujete prameň kúdele v keprovej väzbe, prechádza cez stanovený počet kúdele a potom pod rovnakým počtom kúdele. Vzor nad/pod vytvára diagonálny vzhľad šípky, známy ako „keprová línia“. Väčšia vzdialenosť medzi káblikmi znamená menej zvlnení v porovnaní s plátnovou väzbou a menšie potenciálne koncentrácie napätia.

2×2 Twill je pravdepodobne najznámejšou väzbou z uhlíkových vlákien v tomto odvetví. Používa sa v mnohých kozmetických a dekoratívnych aplikáciách, ale má tiež skvelú funkčnosť, má strednú tvarovateľnosť a strednú stabilitu. Ako naznačuje názov 2×2, každý vlek prejde cez 2 vleky a potom pod dva vleky. Podobne 4×4 keper prejde cez 4 vleky a potom pod 4 vleky. Má o niečo väčšiu tvárnosť ako 2×2 keper, keďže väzba nie je taká tesná, ale bude mať aj menšiu stabilitu.

Postroj saténových väzieb

Atlasová väzba bola navrhnutá pred tisíckami rokov na výrobu hodvábnych tkanín s vynikajúcou splývavosťou, pričom zároveň vyzerajú hladko a bezšvové. V prípade kompozitov táto splývavosť znamená, že sa môžu ľahko formovať a ovinúť okolo zložitých obrysov. Pretože je tkanina tak tvarovateľná, má podľa očakávania nízku stabilitu. Bežné saténové väzby sú 4 saténové (4HS), 5 saténové (5HS) a 8 saténové (8HS). Keď budete zvyšovať počet saténovej väzby, zvýši sa tvarovateľnosť a zníži sa stabilita látky.

Spread Tow vs. Standard Tow

Rozprestretý kúdeľový materiál môže byť dobrým kompromisom medzi použitím jednosmerného materiálu a štandardného tkaného materiálu. Keď sa vláknitá kúdeľ prepletá nahor a nadol, aby sa vytvorila tkanina, pevnosť sa znižuje v dôsledku zvlnenia kúdele. Keď zväčšíte počet vlákien v štandardnom kábli, napríklad z 3k na 6k, kúdeľ sa zväčší (hrubší) a uhol zvlnenia bude tvrdší. Jedným zo spôsobov, ako sa tomu vyhnúť, je roztiahnuť vlákna do širšej kúdele, nazýva sa to rozprestretá kúdeľ a existuje niekoľko káblikov.

úžitky získané týmto konaním.

rozprestretá kúdeľová väzba krimpovací diagram uhlíkových vlákien

Rozprestretá kúdeľ ponúka menší uhol zvlnenia ako štandardné tkanie a môže znížiť chyby kríženia zvýšením hladkosti. Nižší uhol krimpovania bude mať za následok vyššiu pevnosť. S natieraným kúdeľovým materiálom sa tiež ľahšie pracuje ako s jednosmerným materiálom a stále má pomerne dobrú prevenciu vyťahovania vlákien.