Ugljična vlakna 101: Razumijevanje tkanja i tkanina

Nakon što se karbonska vlakna proizvode i oblikuju, često se utkaju u tkaninu. Da bi započeli proizvodnju tkanine, proizvođači stvaraju snopove karbonskih vlakana zvane vuča. Kugle se ocjenjuju na osnovu njihovog sadržaja vlakana ili filamenta i obično se nazivaju 3k, 6k, 12k i 15k. K označava "hiljadu", što ukazuje da se vuča od 3k sastoji od 3,000 karbonskih vlakana. Pošto je jedna nit karbonskih vlakana debela samo oko 5-10 mikrona, vuča od 3k je debela samo oko 0.125 inča. Vuča od 6k je otprilike dvostruko deblja od vučne trake od 3k, četiri puta deblja od vuče od 12k i tako dalje. Velika količina jakih karbonskih vlakana u tako kompaktnom prostoru daje materijalu nevjerovatnu snagu.

pletenica od karbonskih vlakana
Kalumi od karbonskih vlakana su utkani u tkaninu na tkalačkom stanu. Najčešća tkanja su plafonsko tkanje, kepersko tkanje i tkanje u žicu.

Platno tkanje ili tkanje od karbonskih vlakana 1x1 je simetrično i podsjeća na šahovnicu. Kudelje su pletene po uzorku iznad/ispod, dajući visoko stabilna, čvrsto isprepletena vlakna. Stabilnost tkanine se odnosi na sposobnost materijala da zadrži svoju orijentaciju vlakana i ugao tkanja. Zbog svoje visoke stabilnosti tkanine, obična tkanina od karbonskih vlakana je manje prikladna za složene konture jer nije posebno fleksibilna. Međutim, lakši je za rukovanje i ne uzrokuje deformaciju tkanine. Stoga je idealan za ravne listove, cijevi i 2D krivulje.

Krivljenje je zakrivljenost pojedinačnih vlakana u tkanju, a obične tkanine od karbonskih vlakana imaju grubo savijanje zbog čvrstog preplitanja niti. Vremenom, ovo oštro uvijanje stvara tačke stresa koje dovode do slabih područja.

Tkanje od kepera, koje se sastoji od uzorka 2x2 ili 4x4, najčešći je tip tkanine od karbonskih vlakana. U pletenici 2x2, svaki pramen se prevlači preko dva pramena, a zatim ispod oba pramena. Razumljivo je, dakle, da se pletenica 4x4 sastoji od toga da svaka vuča prolazi kroz četiri vuča, a zatim još četiri vuča. Ovo preko/ispod tkanje stvara jasan dijagonalni uzorak. Razmak između isprepletenih niti u keper tkanju je veći nego u običnom tkanju. Kao rezultat toga, dolazi do manjeg uvijanja, smanjujući mogućnost razvoja stresnih tačaka.

Tkanje od kepera je fleksibilno i može formirati složene konture uz istovremeno održavanje dobre stabilnosti. Njime se mora rukovati pažljivije od običnog tkanja kako bi se izbjegla povećana deformacija tkiva. Tkanje 4x4 je lakše formirati od tkanja 2x2, ali je tkanina također manje stabilna.

Satensko tkanje se koristi hiljadama godina kako bi svilenim tkaninama dalo prekrasnu draperiju dok je tkanina postala glatka i bešavna. Kada se koriste u kompozitima od karbonskih vlakana, satenski tkani lako mogu formirati složene konture. Očigledno, to znači da je i stabilnost satenskog tkanja niža od ostalih tkanja.

Najčešći satenski tkanja su satenski sa četiri ljuske (4HS), satenski sa pet brava (5HS) i satenski sa osam brava (8HS). Ovaj broj predstavlja ukupan broj pređenih i potom prođenih vuča. Na primjer, 4HS tkivo ima tri filamentne niti koje prolaze kroz njega, a zatim jedan filamentni lanac koji prolazi kroz njega. Kod 5HS, četiri vuča su ukrštena, a zatim jedna ispod, dok je kod 8HS sedam vuče ukršteno, a zatim jedna ispod. Što je veći broj satenskog tkanja, to je bolja sposobnost oblikovanja, ali je lošija stabilnost.

Postoje mnoge druge metode tkanja koje se koriste za izradu tkanina od karbonskih vlakana. To uključuje riblju pletenicu, pletenicu, pletenicu, jednosmjernu pletenicu i prilagođenu pletenicu. Svako tkanje sadrži jedinstvena svojstva koja ga čine idealnim za upotrebu u nekim dizajnima, ali nije dobar izbor za druge. Postoji mnogo faktora koji se moraju uzeti u obzir kada se odlučuje koja pletenica od karbonskih vlakana treba da se koristi za obavljanje određene funkcije. Ovi faktori uključuju snagu, formabilnost, stabilnost i uvijenost. Proizvođači karbonskih vlakana su stručnjaci u znanju koju tkaninu treba koristiti za koji dizajn.