Pletenice od karbonskih vlakana: šta su i zašto se koriste

Ako ste se ikada zapitali zašto jedan komad karbonskih vlakana izgleda drugačije od drugog, niste sami. Ugljična vlakna dolaze u mnogo različitih tkanja, od kojih svaka služi različitoj svrsi, a nisu samo dekorativna.

Ugljična vlakna se prave od prekursora kao što su poliakrilonitril (PAN) i rajona. Prekursorska vlakna se hemijski tretiraju, zagrijavaju i rastežu, a zatim karboniziraju kako bi se formirala vlakna visoke čvrstoće. Ova vlakna ili filamenti se zatim spajaju u snopove i identifikuju po broju ugljeničnih filamenata koje sadrže. Uobičajene ocjene za vuču su 3k, 6k, 12k i 15k. "k" označava hiljadu, tako da je vuča od 3k napravljena od 3,000 karbonskih vlakana. Standardna vuča od 3k je obično 0.125 inča široka, tako da je to puno vlakana nagurano u mali prostor. 6k vuča ima 6,000 karbonskih filamenata, 12k vuča ima 12,000 karbonska vlakna, itd. Velike količine vlakana visoke čvrstoće spojene zajedno čine karbonska vlakna tako jakim materijalom.

 

tkanje od 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 za naramenice, a svaki materijal ćemo pokriti detaljno.

plain weave
Obični listovi od karbonskih vlakana imaju simetričan izgled sa malim izgledom šahovnice. U ovom tkanju, pramenovi su utkani preko/ispod uzorka. Kratak razmak između prepleta daje običnim tkanjem visok stepen stabilnosti. Stabilnost tkanine se odnosi na sposobnost tkanine da zadrži svoj ugao tkanja i orijentaciju vlakana. Zbog ovog visokog nivoa stabilnosti, plafonsko tkanje je manje pogodno za slojeve sa složenim konturama i neće biti tako fleksibilno kao neke druge tkanine. Uopšteno govoreći, plafonska tkanina je pogodna za ravne listove, cijevi i dvodimenzionalne krivulje.

Jedan nedostatak ovog uzorka tkanja je da postoji jako navijanje u pramenovima zbog kratke udaljenosti između preplitanja (uglovi koje vlakna formiraju kada se tkaju, vidi dolje). Oštro stiskanje stvara koncentraciju naprezanja koja vremenom slabi dio.

Twill weave
Keper je most između običnog tkanja i satenskog tkanja o kojem ćemo dalje raspravljati. Tkanina od kepera ima dobru fleksibilnost i može formirati složene konture. Loši je od satenske tkanine za tregere u održavanju stabilnosti tkanine, ali nije tako dobar kao tkanina od običnog tkanja. Ako pratite vučne niti u keper tkanju, on prolazi kroz određeni broj vučica, a zatim kroz isti broj vučica. Uzorak gore/dolje stvara izgled dijagonalne strelice, nazvane "linija kepera". Veća udaljenost između isprepletenih pletenica znači manje uvijanja i manju koncentraciju potencijalnog naprezanja u odnosu na tkanine od običnog tkanja.

2×2 keper je vjerovatno najpoznatije tkanje od karbonskih vlakana u industriji. Koristi se u mnogim kozmetičkim i dekorativnim aplikacijama, ali je i vrlo funkcionalan, kombinuje srednju formabilnost sa srednjom stabilnošću. Kao što naziv 2×2 implicira, svaka vuča će proći kroz 2 vuča i zatim preći oba vuča. Isto tako, keper 4×4 će se provući kroz 4 vuča, a zatim kroz 4 vuča. Formira se nešto bolje od kepera 2×2 jer tkanje nije tako čvrsto, ali je i manje postojano.

upregnite saten
Satensko tkanje je dizajnirano prije hiljadama godina kako bi se stvorile svilene tkanine s odličnim zastorom, a istovremeno izgledale glatko i bešavno. Za kompozite, ova draperabilnost znači da se lako mogu formirati i omotati oko složenih kontura. Budući da je ova tkanina vrlo oblikovna, očekuje se da će njena stabilnost biti niska. Uobičajena tkanja heddle satena uključuju 4-heddle saten (4HS), 5-heddle saten (5HS) i 8-heddle saten (8HS). Kako se povećava količina satenskog tkanja, povećava se sposobnost oblikovanja dok se smanjuje stabilnost tkanine.

Rasprostranjena vuča u odnosu na standardnu ​​vuču
Rasprostranjeni materijali za vuču mogu biti dobar kompromis između korištenja jednosmjernih materijala i standardnih pletenih materijala. Kada se vlaknasti pramenovi tkaju gore-dolje kako bi se formirala tkanina, čvrstoća je smanjena zbog nabora u nitima. Kada povećate broj filamenata u standardnoj vuči (npr. sa 3k na 6k), vuča postaje veća (deblji) i ugao uvijanja postaje grublji. Jedan od načina da se to izbjegne je da se filamenti rašire u šire pletenice, to se zove širenje vučica, i postoji nekoliko prednosti u tome.

Raširivanje vučne trake pruža manji ugao uvijanja od standardnog pletenja za vuču i može smanjiti defekte ukrštanja povećanjem glatkoće. Manji ugao savijanja će rezultirati većom čvrstoćom. Rasprostranjeni materijali za vuču također su lakši za rad od jednosmjernih materijala i još uvijek pružaju prilično dobru prevenciju povlačenja vlakana.

jednosmjerno
Kao što ime govori, uni, što znači jedno, sva vlakna su orijentirana u istom smjeru. Ovo pruža neke prednosti visoke čvrstoće jednosmjernim (UD) tkaninama. UD tkanina nije tkana i nema uvijena isprepletena vlakna koja bi oslabila strukturu. Nasuprot tome, kontinuirana vlakna daju snagu i krutost. Još jedna prednost je mogućnost prilagođavanja rasporeda uz veću kontrolu nad karakteristikama performansi. Okviri za bicikle odličan su primjer kako se UD tkanine mogu koristiti za prilagođavanje performansi. Područje donjeg nosača rama mora biti kruto kako bi se snaga vozača prenijela na kotače, ali okvir također mora biti fleksibilan i fleksibilan kako bi se izbjeglo ozljeđivanje vozača. Uz UD materijale, možete odabrati precizan smjer vlakana kako biste dobili snagu koja vam je potrebna.

Glavni nedostatak UD-a je njegova upravljivost. UD se lako može raspasti tokom polaganja jer nema isprepletena vlakna koja ga drže zajedno. Ako su vlakna pogrešno postavljena, gotovo je nemoguće ponovo ih pravilno preusmjeriti. Obrađeni dijelovi od UD tkanine također mogu uzrokovati probleme. Ako se bilo koja vlakna povuku na mjestu gdje je element izrezan, ta labava vlakna mogu povući cijeli dio. Tipično, ako je UD materijal odabran za laminaciju, sloj tkanog materijala će se koristiti za prvi i posljednji sloj kako bi se poboljšala obradivost i trajnost dijela. To se radi od okvira za dronove za hobiste pa sve do proizvodnje raketnih dijelova.