Sploty z włókna węglowego: czym są i dlaczego ich używać

Jeśli kiedykolwiek zastanawiałeś się, dlaczego jeden kawałek włókna węglowego może wyglądać inaczej niż inny kawałek włókna węglowego, nie jesteś sam. Włókno węglowe występuje w wielu różnych splotach, a każdy z nich służy do innego celu i nie jest to tylko kosmetyka.

Arkusz z włókna węglowego Splot płócienny Splot szachownicowy Splot skośny

Włókna węglowe są wykonane z prekursorów, takich jak poliakrylonitryl (PAN) i sztuczny jedwab. Włókna prekursorowe są poddawane obróbce chemicznej, podgrzewane i rozciągane, a następnie karbonizowane w celu wytworzenia włókien o wysokiej wytrzymałości. Włókna te lub włókna ciągłe są następnie łączone w wiązki, które są identyfikowane przez liczbę zawartych w nich włókien węglowych. Typowe oceny holowania to 3k, 6k, 12k i 15k. „K” odnosi się do tysiąca, więc kabel 3k składa się z 3,000 włókien węglowych. Standardowy kabel 3-kilometrowy ma zwykle szerokość 0,125 cala, co oznacza dużo włókien upakowanych na małej przestrzeni. Kabel 6-kilometrowy ma 6,000 włókien węglowych, 12-kilometrowy ma 12,000 włókien, itd. Ta duża liczba połączonych razem włókien o wysokiej wytrzymałości sprawia, że ​​włókno węglowe jest tak wytrzymałym materiałem.

Tkane włókno węglowe

Włókno węglowe zazwyczaj występuje w postaci tkaniny, co ułatwia pracę i może zapewnić dodatkową wytrzymałość konstrukcyjną w zależności od zastosowania. Z tego powodu istnieje wiele różnych splotów używanych do tkanin z włókna węglowego. Najpopularniejsze to Plain, Twill i Harness Satin, a my zajmiemy się bardziej szczegółowo każdym z nich.

Zwykły splot

Płyta z włókna węglowego o gładkim splocie wygląda symetrycznie z wyglądem przypominającym małą szachownicę. W tym splocie kable są tkane we wzór nad/pod. Krótka przestrzeń między przeplotami zapewnia wysoki poziom stabilności splotu płóciennego. Stabilność tkaniny to zdolność tkaniny do zachowania kąta splotu i orientacji włókien. Ze względu na wysoki poziom stabilności, gładki nie nadaje się dobrze do układów o skomplikowanych konturach, nie będzie tak giętki jak niektóre inne sploty. Ogólnie rzecz biorąc, tkaniny o splocie płóciennym nadają się do płaskich arkuszy, rur i łuków 2D.

Zwykły splot włókna węglowego schemat

Wadą tego wzoru splotu jest ostra karbikowatość (kąt, jaki tworzy włókno podczas tkania, patrz poniżej) w kablach ze względu na niewielką odległość między przeplotami. Ostre zaciskanie może powodować koncentrację naprężeń, które z czasem mogą osłabić część.

Arkusz z włókna węglowego o splocie płóciennym

Splot skośny

Twill służy jako pomost między splotem płóciennym a splotem satynowym, który omówimy dalej. Twill ma dobrą giętkość i może tworzyć złożone kontury, i lepiej zachowuje stabilność tkaniny niż splot satynowy uprzęży, ale nie jest tak dobry jak splot płócienny. Jeśli podążasz za pasmem kabla w splocie skośnym, przechodzi on przez określoną liczbę kabli, a następnie pod tą samą liczbą kabli. Wzór over/under tworzy ukośny wygląd grotu strzały, znany jako „linia skośna”. Większa odległość między przeplotami to mniej karbów w porównaniu do splotu płóciennego i mniej potencjalnych koncentracji naprężeń.

Twill 2×2 to prawdopodobnie najbardziej rozpoznawalny splot włókien węglowych w branży. Jest używany w wielu zastosowaniach kosmetycznych i dekoracyjnych, ale ma również doskonałą funkcjonalność, ma zarówno umiarkowaną plastyczność, jak i umiarkowaną stabilność. Jak sugeruje nazwa 2 × 2, każdy hol przejedzie przez 2 holowniki, a następnie pod dwoma holami. Podobnie skośny 4 × 4 przejedzie przez 4 holowniki, a następnie pod 4 holowniki. Ma nieco większą plastyczność niż skośny 2 × 2, ponieważ splot nie jest tak ciasny, ale będzie miał również mniejszą stabilność.

Uprząż z satynowych splotów

Satynowy splot został zaprojektowany tysiące lat temu do produkcji jedwabnych tkanin o doskonałych właściwościach drapowania, a jednocześnie gładkich i bezszwowych. W przypadku kompozytów ta podatność na układanie oznacza, że ​​można je łatwo formować i owijać wokół złożonych konturów. Ponieważ tkanina jest tak podatna na formowanie, w oczekiwaniu ma niską stabilność. Typowe sploty satynowe uprzęży to 4 uprzęże satynowe (4HS), 5 uprzęży satynowych (5HS) i 8 uprzęży satynowych (8HS). W miarę zwiększania liczby splotów atłasowych zwiększa się odkształcalność i zmniejsza się stabilność tkaniny.

Rozciągnięty hol vs. standardowy hol

Rozłożony materiał holowniczy może być dobrym kompromisem między użyciem materiału jednokierunkowego a standardowym materiałem tkanym. Gdy włókno splata się w górę iw dół, tworząc tkaninę, wytrzymałość jest zmniejszona z powodu karbikowania w kablu. W miarę zwiększania liczby włókien w standardowym kablu, na przykład z 3k do 6k, kabel staje się większy (grubszy), a kąt karbowania staje się ostrzejszy. Jednym ze sposobów uniknięcia tego jest rozciągnięcie włókien w szerszy kłębek, nazywa się to pętelką rozłożoną i istnieje kilka

korzyści uzyskane w ten sposób.

rozłożony splot holowniczy schemat zaciskania arkusz z włókna węglowego

Rozłożony kabel oferuje mniejszy kąt karbikowania niż standardowy splot kabla i może zmniejszyć defekty krzyżowania się poprzez zwiększenie gładkości. Niższy kąt zagniatania spowoduje większą wytrzymałość. Rozłożony materiał holowniczy jest również łatwiejszy w obróbce niż materiał jednokierunkowy i nadal ma dość dobrą ochronę przed podciąganiem włókien.