Ткање од угљеничних влакана: шта су и зашто их користити

Ако сте се икада запитали зашто један комад карбонских влакана изгледа другачије од другог, нисте сами. Карбонска влакна долазе у много различитих ткања, од којих свака служи различитој сврси, а нису само декоративна.

Угљена влакна се праве од прекурсора као што су полиакрилонитрил (ПАН) и рајон. Прекурсорска влакна се хемијски третирају, загревају и растежу, затим карбонизирају да би се створила влакна високе чврстоће. Ова влакна, или филаменти, се затим спајају у снопове да би се формирала вуча, која се идентификује по броју угљеничних филамената које садрже. Уобичајене класе вуче су 3к, 6к, 12к и 15к. „к“ значи хиљаду, тако да је вуча од 3к направљена од 3,000 угљеничних влакана. Стандардна вуча од 3к је обично 0.125" широка, тако да ставља много влакана у мали простор. Куча од 6к има 6,000 угљеничних филамената, 12к вуча има 12,{{16 }} угљенични филаменти, итд. Много влакана високе чврстоће спојених заједно су оно што чини угљенична влакна тако јаким материјалом.

Ткана карбонска влакна
Карбонска влакна обично долазе у облику ткане тканине, што олакшава рад и, у зависности од примене, може пружити додатну структурну чврстоћу. Као резултат тога, тканине од угљеничних влакана долазе у много различитих ткања. Најчешћи су чврсти, кепер и сатен са траком, а сваку ћемо детаљније погледати.

плаин веаве
Плоче од карбонских влакана у обичном ткању изгледају симетрично, са малим изгледом шаховнице. У овом ткању, кудеље су плетене по узорку изнад/испод. Кратак размак између ткања даје обичном ткању висок степен стабилности. Стабилност тканине је способност тканине да задржи свој угао ткања и оријентацију влакана. Због овог високог нивоа стабилности, обично ткање је мање погодно за сложене контурне слојеве, неће бити тако флексибилно као нека друга ткања. Уопштено говорећи, обично ткање је погодно за равне листове, цеви и дводимензионалне кривине.

Један недостатак овог узорка ткања је грубо савијање (угао који влакна стварају приликом ткања, види доле) у вучи због мале удаљености између преплета. Груби набори стварају концентрацију напрезања која може ослабити део током времена.

Твилл веаве
Кепер делује као мост између обичног ткања и сатенског ткања о чему ћемо даље разговарати. Кепер је довољно флексибилан да формира сложене контуре и бољи је у одржавању стабилности тканине од седластог сатенског ткања, али није тако добар као обично ткање. Ако пратите вучу у кеперу, она пролази кроз одређени број кудеља, а затим кроз исти број кудеља. Шаблон изнад/испод ствара изглед дијагоналне стрелице познат као „дијагонална линија“. Већа раздаљина између преплета вуче значи мање савијања и мању концентрацију потенцијалног напрезања у поређењу са обичним ткањем.

2×2 кепер

4×4 кепер
2×2 кепер је вероватно најпознатија тканина од угљеничних влакана у индустрији. Користи се у многим козметичким и декоративним апликацијама, али је такође веома функционалан, има и умерену формабилност и умерену стабилност. Као што назив 2×2 имплицира, свака вуча ће проћи кроз 2 вуче, а затим кроз 2 вуче. Исто тако, кепер 4×4 ће проћи кроз 4 вуче, а затим 4 вуче. Нешто је боље обликован од кепера 2×2 јер ткање није тако чврсто, али је и мање стабилно.

Харнесс Сатин Веаве
Сатенско ткање је осмишљено пре хиљадама година да би се створиле свилене тканине које имају одличан застор, а истовремено изгледају глатко и бешавно. За композите, ова могућност навлачења значи да могу са лакоћом формирати и омотати сложене контуре. Због високе формабилности ове тканине, очекује се да има ниску стабилност. Уобичајена ткања су са четири држала (4ХС), петокрака (5ХС) и осмокрака (8ХС). Како се број сатенских ткања повећава, повећава се способност обликовања док се стабилност тканине смањује.

4ХС

5ХС

8ХС

Број у називу Харнесс Сатин означава укупан број пређених вуче. За 4ХС то ће бити преко 3 вуче, а затим испод 1 вуча. За 5ХС то ће бити преко 4 вуче, затим испод 1 вуча, а за 8ХС ће бити преко 7 вуче, а затим испод 1 вуча.

Спреад Тов вс. Стандард Тов
Распрострањени материјали за вучу могу бити добар компромис између употребе једносмерних материјала и стандардних тканих материјала. Када се влакнасте плетенице ткају горе-доле да би се формирала тканина, снага је смањена због набора на кудељама. Како повећавате број филамената у стандардној вучи, рецимо са 3к на 6к, вуча постаје већа (дебљи) и угао савијања постаје оштрији. Један од начина да се ово избегне је да се филаменти рашире у шире плетенице, познате као раширене плетенице, што има неколико предности.

Раширене вучне траке пружају мањи угао савијања од стандардних плетеница за вучу и могу смањити дефекте укрштања повећањем глаткоће. Мањи углови савијања ће резултирати већом чврстоћом. Распрострањени материјали за вучу су такође лакши за рад него са једносмерним материјалима и још увек имају прилично добру превенцију повлачења влакана.

Раширите обичну вучу

Раширите кепер ткање
једносмерни
Као што име каже, уни значи једно, а сва влакна су окренута у истом правцу. Ово пружа неке предности високе чврстоће једносмерним (УД) тканинама. УД тканина није ткана и нема никаква преплетена влакна која би ослабила структуру. Уместо тога, постоје континуирана влакна која додају снагу и крутост. Још једна предност је могућност прилагођавања скупа са већом контролом над карактеристикама перформанси. Оквир бицикла је одличан пример како се УД тканине могу користити за подешавање перформанси. Оквир треба да буде чврст у области доњег носача да би пренео снагу возача на точкове, али такође мора да буде усклађен и флексибилан како не би преоптеретио возача. Са УД материјалима можете одабрати прецизну оријентацију влакана како бисте постигли жељену снагу.

Главни недостатак УД-а је његова маневарска способност. УД се лако распада током полагања јер нема испреплетена влакна која би га држала заједно. Ако су влакна погрешно постављена, скоро је немогуће поново их правилно преусмерити. Обрађени делови направљени од УД тканина такође могу изазвати проблеме. Ако се било која влакна повуку тамо где је елемент исечен, та лабава влакна ће се повући до краја кроз део. Типично, ако је УД материјал одабран за полагање, слој тканог материјала се користи за први и последњи слој да би се побољшала обрадивост и издржљивост делова. То је оно што оквири за хобисте дронова раде све до производње делова за ракете.