Kulfiberfletninger: hvad de er, og hvorfor de bruges

Hvis du nogensinde har undret dig over, hvorfor et stykke kulfiber kan se anderledes ud end et andet, er du ikke alene. Kulfiber kommer i mange forskellige vævninger, der hver tjener et andet formål, og det er ikke kun dekorativt.

Kulfibre er lavet af forstadier som polyacrylonitril (PAN) og rayon. Precursorfibrene behandles kemisk, opvarmes og strækkes og derefter carboniseres for at danne højstyrkefibre. Disse fibre eller filamenter bundtes derefter sammen og identificeres ved antallet af kulfilamenter, de indeholder. Almindelige trækklassificeringer er 3k, 6k, 12k og 15k. "k" står for tusind, så et 3k blår er lavet af 3,000 carbonfilamenter. Standard 3k træk er typisk 0.125 tommer bredt, så det er en masse fiber, der er proppet ind i et lille rum. Et 6k træk har 6,000 carbonfilamenter, et 12k træk har 12,000 carbonfilamenter og så videre. Store mængder højstyrkefibre bundtet sammen gør kulfiber til et så stærkt materiale.

 

vævning af kulfiber
Kulfiber kommer ofte i form af vævede stoffer, hvilket gør det lettere at arbejde med og kan give yderligere strukturel styrke afhængigt af anvendelsen. Derfor kan kulfiberstoffer væves på mange forskellige måder. De mest almindelige er almindelig, twill og seler satin, og vi vil dække hvert materiale i detaljer.

almindelig vævning
De almindelige kulfiberplader har et symmetrisk udseende med et lille skakternet udseende. I denne vævning er trådene vævet i et over/under mønster. Den korte afstand mellem sammenvævningerne giver glatvævningen en høj grad af stabilitet. Stofstabilitet refererer til et stofs evne til at bevare sin vævningsvinkel og fiberorientering. På grund af dette høje stabilitetsniveau er almindelig vævning mindre velegnet til layups med komplekse konturer, og det vil ikke være så fleksibelt som nogle andre stoffer. Generelt er almindeligt vævet stof velegnet til flade plader, rør og todimensionelle kurver.

En ulempe ved dette vævemønster er, at der er kraftig krympning i trådene på grund af den korte afstand mellem sammenfletninger (de vinkler fibrene danner, når de væves, se nedenfor). Hård krympning skaber stresskoncentrationer, der svækker delen over tid.

Twill vævning
Twill er broen mellem almindelig vævning og satinvævning, som vi diskuterer herefter. Twill stof har god fleksibilitet og kan danne komplekse konturer. Det er værre end selesatinstof til at opretholde stoffets stabilitet, men ikke så godt som almindeligt vævet stof. Hvis du følger slæb-trådene i en twill-vævning, går det gennem et vist antal slæb og derefter gennem det samme antal slæb. Op/ned-mønsteret skaber udseendet af en diagonal pil, kaldet en "twill-linje". Den længere afstand mellem sammenflettede træk betyder mindre krølle og mindre potentielle stresskoncentrationer sammenlignet med almindeligt vævede stoffer.

2×2 twill er nok den mest kendte kulfibervævning i branchen. Det bruges i mange kosmetiske og dekorative applikationer, men er også yderst funktionelt, det kombinerer medium formbarhed med medium stabilitet. Som navnet på 2×2 antyder, vil hvert slæb passere gennem 2 slæb og derefter krydse begge slæb. Ligeledes vil en 4×4 twill blive ført gennem 4 slæb og derefter gennem 4 slæb. Den danner sig lidt bedre end 2×2 twill, fordi vævningen ikke er så stram, men den er også mindre stabil.

sele satin
Satinvævning blev designet for tusinder af år siden for at skabe silkestoffer med fremragende drapering, mens de ser glatte og sømløse ud. For kompositter betyder denne draperbarhed, at den let kan formes og vikles rundt om komplekse konturer. Da dette stof er meget formbart, forventes dets stabilitet at være lav. Almindelige heddle satin vævninger omfatter 4-heddle satin (4HS), 5-heddle satin (5HS) og 8-heddle satin (8HS). Når mængden af ​​satinvævning øges, øges formbarheden, mens stoffets stabilitet falder.

Spredningsslæb vs. standardslæb
Sprede trækmaterialer kan være et godt kompromis mellem at bruge ensrettede materialer og standard flettede materialer. Når fibertråde væves op og ned for at danne et stof, reduceres styrken på grund af krympning i trådene. Når du øger antallet af filamenter i et standardslæb (f.eks. fra 3k til 6k), bliver slæbet større (tykkere), og krøllevinklen bliver mere ru. En måde at undgå dette på er at sprede filamenterne i bredere slæb, det kaldes at sprede slæbene, og der er flere fordele ved at gøre dette.

Spredning af slæbet giver en mindre krøllevinkel end standard slæbefletning og kan reducere crossover-defekter ved at øge glatheden. Lavere krympevinkel vil resultere i højere styrke. Sprede trækmaterialer er også nemmere at arbejde med end ensrettede materialer og giver stadig ret god fiberoptræksforebyggelse.

ensrettet
Som navnet antyder, uni, hvilket betyder en, er alle fibre orienteret i samme retning. Dette giver nogle højstyrkefordele til ensrettede (UD) stoffer. UD-stof er ikke vævet og har ingen krympede sammenvævede fibre, der ville svække strukturen. I modsætning hertil tilføjer kontinuerlige fibre styrke og stivhed. En anden fordel er muligheden for at tilpasse layup'et med større kontrol over ydeevnekarakteristika. Cykelstel er et godt eksempel på, hvordan UD-stoffer kan bruges til at skræddersy ydeevnen. Bundbeslagets område af rammen skal være stift for at overføre rytterens kraft til hjulene, men rammen skal også være fleksibel og fleksibel for at undgå at skade rytteren. Med UD-materialer kan du vælge den præcise retning af fibrene for at få den styrke, du har brug for.

En stor ulempe ved UD er dens manøvredygtighed. UD kan let falde fra hinanden under oplægningen, fordi den ikke har nogen sammenvævede fibre til at holde den sammen. Hvis fibrene er placeret forkert, er det næsten umuligt at omdirigere dem korrekt igen. Bearbejdede dele lavet af UD-stof kan også give problemer. Hvis nogen fibre trækker op, hvor funktionen blev skåret, kan de løse fibre trække hele delen op. Typisk, hvis et UD-materiale vælges til laminering, vil et lag af vævet materiale blive brugt til det første og sidste lag for at forbedre bearbejdeligheden og delens holdbarhed. Dette gøres fra dronerammer til hobbyfolk hele vejen til produktion af raketdele.