Țesăturile din fibră de carbon sunt esențiale în fabricarea compozitelor. Ele sunt formate prin împletirea filamentelor de carbon în modele specifice. Fiecare mănunchi de fibre, numit câlți, include mii de filamente. Dimensiunile obișnuite de remorcare includ 3.000 de lire sterline, 6.000 de lire sterline, 12.000 de lire sterline și 24.000 de lire sterline. Modelul de țesătură controlează modul în care aceste câlți se încrucișează. Acest lucru afectează în mod direct rezistența, acoperirea și finisarea suprafeței țesăturii.
În producție, țesătura trebuie să se potrivească cu geometria și procesul piesei. Țesăturile simple sunt strânse și stabile, dar sunt mai greu de format. Țesăturile din twill și satin sunt mai flexibile și se înfășoară mai ușor în jurul curbelor. În timpul întinderii, țesutura are un impact asupra fluxului de rășină și compactării. Țesăturile preimpregnate sunt adesea folosite pentru acuratețea conținutului de fibre. Aceste materiale funcționează bine în configurațiile de turnare în autoclavă sau în vid.
Inginerii aleg țesăturile pe baza funcției părții și a căilor de stres. În industria aerospațială, laminatele țesute suportă sarcini mari în mai multe direcții. În mașini, accentul se pune pe rezistență și greutate redusă la impact. Direcția țesăturii și stivuirea straturilor sunt simulate înainte de fabricare.
Ce sunt țesăturile din fibră de carbon?
Țesăturile din fibră de carbon sunt armături-de înaltă performanță în părțile din compoziție. Ele sunt produse prin țeserea câlților de carbon pentru a crea forme structurate de material textil. Miile de filamente continue din fiecare câlți au, de obicei, o grosime de șapte microni. Țesătura prinde aceste câlți pe trasee rigide, creând o structură de fibre previzibilă și repetabilă.
Poliacrilonitrilul este precursorul de pornire comun pentru fibre. Acestea sunt stabilizate, oxidate și carbonizate peste 1200 de grade Celsius. Componentele non-carbonice se pierd prin carbonizare în atomi de carbon pur fixați în straturi de cristal. Acesta este apoi tratat de suprafață-și acoperit cu dimensionare. Dimensiunea îmbunătățește manevrarea și este mai receptivă la rășină.
Filamentele după tratament sunt transformate în mănunchiuri numite câlți și așezate pe războaie de țesut. Răsarele avansate mențin fibrele aliniate, tensiunea constantă și distanța dintre câlți. Cele mai răspândite modele sunt simple, twill și satin, cu diferite crepse și draperie. Tensiunea este controlată automat pentru a garanta dreptateitatea fibrei și restricții privind micro-defecte. În această etapă este stabilită performanța mecanică a piesei finale.
Țesăturile furnizate pot fi livrate uscate sau ca preimpregnate. Țesăturile uscate sunt aplicate în procedurile de fabricație, cum ar fi infuzia de rășină sau turnarea prin compresie. Preimpregnatele sunt acele rășini infuzate între fibre în condiții controlate. Acest lucru garantează un raport precis dintre fibre și rășină și îmbunătățește finisarea suprafeței. Țesătura afectează traseele curgerii, presiunea de consolidare și compactarea straturilor în timpul întăririi.
Modele de țesătură din fibră de carbon
Țesăturile din fibră de carbon sunt în modele. Aceste modele reglează încrucișarea cablurilor de fibre. Toate influențează modul în care o piesă funcționează și este fabricată. Țesăturile sunt selectate de ingineri în funcție de rezistență și formă și cerințele de procesare.
Țesăturile strânse sunt mai bune în a-și menține forma în timpul așezării. Materialele țesute mai lejer cad în matrițe. Tendința influențează, de asemenea, fluxul de rășină, orientarea fibrelor și rigiditatea. A face alegerea corectă este vitală pentru stabilitatea procesului și a performanței.
Cele mai obișnuite tipuri de țesături care sunt utilizate în piese-de înaltă performanță sunt rezumate mai jos. Toate au aspecte diferite de drapaj, stabilitate și rezistență.
Țesătură simplă
Țesătura simplă este modelul cel mai de bază. Fiecare cârlig trece peste unul și sub unul. Acest lucru duce la o organizare strânsă, orizontală. Există un crossover puternic între cele două în unghi drept.
Unghiul său de sertizare este mare. Acest lucru implică faptul că fibrele se vor îndoi mai departe la fiecare încrucișare. Acest lucru aduce stabilitate în detrimentul rezistenței la tracțiune. De asemenea, face ca materialul să fie mai dificil să cadă pe curbe.
Țesătura simplă este rezistentă la formă. Acest lucru îl face potrivit pentru piese plate sau matrițe de bază. Ajută la curgerea rășinii și la orientarea fibrelor. Cu toate acestea, atunci când nu este manipulat cu grijă, se poate șifona pe o suprafață complicată.
Twill Weave
Un model în diagonală apare atunci când se folosește țesătura twill. O formă este twill 2X2. Fiecare cârlig peste doi și sub doi. Acest lucru deplasează fiecare punct de încrucișare de-a lungul materialului.
Sertizarea sargului este mai mică decât țesătura simplă. Fibrele nu se îndoaie ușor și, prin urmare, suportă sarcina. Se atarna si se potriveste formelor mai complicate cu o cantitate mai mica de riduri.
Țesătura poate fi folosită cu părți vizibile din carbon. Are o suprafață netedă și reflectorizantă. Este folosit în cadre de biciclete, în panouri de mașini și în carenări. Twill oferă, de asemenea, un finisaj și o formă superioare față de matrițele curbe turnate.
Țesătură din satin
Țesăturile din satin au trasee lungi ale plutitorului. Într-un satin cu 5 hamuri, fiecare cârlig trece peste 4 și sub 1. Acest lucru produce o țesătură netedă, cu ondulare foarte scăzută.
Fibrele rămân mai bine orientate. Aceasta îmbunătățește fluxul și rezistența rășinii. Satinul atârnă și se drapează frumos pentru a crea o formă ușor-formată, curbată sau adâncă.
Se aplică frecvent acolo unde aspectul și calitatea suprafeței sunt importante. Satinul este mai instabil, totuși. În timpul manipulării, cârligele sunt supuse deplasării. De asemenea, trebuie să fie așezat îndeaproape pentru a preveni alinierea greșită sau deformarea fibrelor.
Țesături specializate și țesături hibride
Alte țesături amestecă fibre. Acestea sunt țesăturile hibride, de exemplu, carbonul și aramida pot fi combinate în țesere. Aceasta oferă o combinație de rigiditate și absorbție a șocurilor.
Aspectele non-standard sunt utilizate pe alte materiale. Țesăturile de coș sunt realizate cu câlți groși în stil pătrat. Țesăturile biaxiale orientează câlțile în două direcții ale țesăturii. Țesăturile triaxiale și cuadraxiale folosesc fibre cu trei- și patru-unghiuri.
Aceste modele minimizează numărul de straturi și accelerează întinderea. Se găsesc în panouri structurale, bărci și palete de vânt. Toate acestea sunt aliniate cu traseele de încărcare ale piesei. Cu cât avem mai puține straturi, cu atât mărfurile pot fi produse mai repede și cu atât mai puține erori.
Impactul țesăturii asupra performanței mecanice
Alinierea fibrelor și căile de încărcare
Fibra este aliniată după modelul de țesătură. Sarcinile de tracțiune pot fi ușor transferate prin fibre drepte. Crimparea suplimentară cauzează îndoirea fibrelor, ceea ce scade rezistența la tracțiune. Țesăturile mici au o îndoire bună a fibrelor și oferă o țesătură stabilă pentru a se întinde. Cu cât țesutul este mai lejer, cu atât alinierea fibrelor și rezistența sunt mai mari. Acest echilibru este determinat de geometria pieselor și de cerințe.
Rigiditate și rezistență în-plan
Țesăturile cu țesătură simplă prezintă o rigiditate-plană regulată. Încrucișările lor între ele sunt numeroase și provoacă frecări. Acest lucru îmbunătățește-rezistența la forfecare plană. Țesăturile din twill și satin minimizează ondularea fibrelor, astfel încât să se poată obține proprietăți de tracțiune îmbunătățite. Sunt eficiente în locații care au piese de forme curbate sau dificile. Țesăturile sunt alese de designeri pentru a se potrivi proprietății cererii de rigiditate și ușurință de formare.
Rezistența la forfecare și delaminare
Punctele de încrucișare ale țesăturii afectează rezistența la forfecare interlaminară. Majoritatea încrucișărilor din țesături simple provoacă frecare mare și rezistență la delaminare. În țesăturile din satin, există mai puține încrucișări și pot beneficia de întărirea suplimentară a rășinii. În absența sa, țesăturile din satin sunt predispuse la delaminare sub forfecare. Evitarea delaminării depinde de selecția corectă a rășinii și de stivuirea straturilor.
Durată de viață la oboseală și sarcini în{0}}serviciu
Performanța la oboseală cu sarcini ciclice este influențată de alegerea țesăturii. Creșterea fisurilor și defecțiunile din cauza fibrelor bine-aliniate sunt amânate. Țesăturile multiaxiale și hibride împart tensiunile care sunt în mai multe direcții. Acest lucru minimizează daunele oboselii și îmbunătățește viața. Simulările ajută inginerii să proiecteze modele de țesătură ale sarcinilor dinamice anticipate. Această optimizare crește durata de viață a piesei compozite.
Tehnici de realizare a țesăturilor din fibră de carbon
Producția de pânză din fibră de carbon este o sarcină migăloasă, manuală. Începe cu fibra de carbon brută și există sub formă de pânză într-o formă gata de modelat. Fiecare pas al procesului afectează rezistența și modul în care țesătura funcționează în timpul procesului de fabricație.
Ar trebui să aveți un management puternic al tensiunii și distanței fibrelor. Proprietățile mecanice ale țesăturii sunt modelate de modelul de țesut. Operatorii pricepuți lucrează cu un războaie specializat pentru a se asigura că fibrele rămân în alinierea lor naturală și nedeteriorate. Acestea sunt aplicate în industriile provocatoare, cum ar fi aerospațiale și sporturile cu motor.
Productia si prepararea fibrelor
Precursorii sunt fire de polimer care vin sub formă de fibre de carbon. Se încălzesc treptat în aer și rapid într-un cuptor fără oxigen. Acest lucru le transformă în filamente subțiri și puternice de carbon. Acest pas influențează calitatea rigidității și rezistenței fibrelor.
Când fibrele carbonizate sunt depuse cu un strat subțire. Acest lucru le acoperă și ajută rășina să se lipească mai târziu. Fibrele sunt colectate în aceste grupuri sau câlți, iar câlțile variază în grosime. Dimensiunea câlului modifică greutatea și rezistența țesăturii.
Proces și mașini de țesut
Bunurile sunt alimentate la mașinile de țesut care acordă o atenție deosebită tensiunii. Fibrele sunt țesute în forme de peste- și de sub trecere una pe cealaltă. Designul variază în funcție de aplicarea materialului final - unele trebuie să fie rigide, iar altele trebuie să fie flexibile.
Răsarele mai moderne pot folosi jeturi de aer pentru a conduce pachetele, forțându-le să treacă mult mai repede. Mașinile fac, de asemenea, lățimea și lungimea unei țesături la fel. Această precizie sprijină alinierea fibrelor, care este esențială pentru performanță.
Finisarea tesaturii si aplicarea rasinii
Țesătura poate fi vândută ca uscată sau cu impregnare deja făcută cu rășină (prepreg). Textilul uscat necesită adaosul de rășină să fie făcut ulterior în timpul turnării. Țesătura prepreg este o țesătură pe care s-a depus rășină, iar acest lucru s-a făcut în condiții precise de temperatură.
Preimpregnatele sunt lipicioase, prin urmare stivuirea și manipularea sunt ușoare. Acest lucru ajută la menținerea straturilor de țesătură și la minimizarea porozității piesei finite. Preimpregnatele oferă compozite de armare care sunt mai robuste și mai uniforme.
Post-Tratamente de țesut
Țesătura poate fi apoi tratată termic-pentru a stabiliza materialul. Acest lucru va opri scăderea sau distorsiunea ulterior. Alte tipuri de țesături sunt acoperite pentru a preveni deteriorarea fibrelor sau pentru a îmbunătăți atașarea.
Uneori, țesăturile sunt tăiate la forma înaintea pieselor. Acest lucru economisește risipa și face producția mai rapidă. Aceste procese de finisare fac ca materialul să se comporte bine în procesul de formare și nu apar defecte în partea finală.
Selectarea țesăturilor din fibră de carbon pentru producție
Selectarea țesăturii din Fibră de Carbon este pur și simplu o chestiune de aliniere a comportamentului țesăturii la forma și utilizarea părții. Îți dorești o țesătură care să se potrivească mucegaiului tău și să ofere rezistență fără a părea șifonată. Materialul neadecvat complică stratul și slăbește produsul final.
Fiecare țesătură este diferită pentru a lucra. Alții se pliază și se întind ușor, iar alții întâmpină unele dificultăți de pliere și rămân în poziție verticală. Cu acest tip de înțelegere a diferențelor lor în avans, eviți să petreceți timp și să refaceți cu cheltuială mare.
Cât de bine se formează țesătura
Curbe mai bune și căderi ale țesăturii de twill și satin. Acestea vă permit să puneți materialul peste colțurile strânse, fără a se flamba. Satinul menține fibrele pe plutire mai mult timp, iar acest lucru este util pe curbele compuse. Acestea sunt cele mai bune opțiuni dacă piesa dvs. conține îndoituri ascuțite sau forme compuse.
Țesătura simplă este mai dificil de lucrat cu forme strânse. Fibrele traversează apoi toate celelalte câlți, ungând țesătura mai rigidă. Puteți ajunge cu riduri sau cu fibre nealiniate. Zone mari de țesătură simplă pe panouri practic plate sau ușor curbate.
Direcția de rezistență și sarcină
Există îndoiri suplimentare de fibre în țesătură simplă, reducând rezistența la tensiune. Cu toate acestea, lipește fibrele împreună. Acest lucru ajută piesele să evite delaminarea. Țesăturile de sarg sau satin sunt mai potrivite pe părțile care sunt predominant încărcate în tensiune. Ele mențin fibrele într-un mod mai drept și mai puternic.
Țesătura simplă ar putea supraviețui mai bine în cazul în care piesa dvs. este supusă la impact sau la îndoire. Are o aderență mai bună pe rășină, ceea ce o face mai bună împotriva delaminarii. Alegeți țesătura în funcție de forțele principale care trebuie exercitate din partea dumneavoastră.
Fluxul și procesarea rășinii
Țesăturile simple din țesătură simplă strânsă împiedică curgerea rășinii. Acest lucru poate prinde buzunare de aer atunci când este infuzat. Acest lucru va necesita o manipulare delicată a vidului și a presiunii pentru a evita golurile. Satinul și țesăturile mai libere permit rășinii să se absoarbă mai repede, dar să absoarbă mai multă rășină în ansamblu.
Acest lucru este simplificat de țesăturile preimpregnate care au deja rășina. Cu toate acestea, țesăturile variate se întăresc diferit și necesită ciclurile de temperatură corespunzătoare. Prin aplicarea țesăturii adecvate rășinii și metodei de întărire, defectele sunt reduse și producția devine mai rapidă.
Costul practic și viteza de producție
Țesătura din satin consumă mai mult timp-și costisitoare din cauza căilor complicate ale fibrelor. Twill poate fi țesut rapid și ieftin, dar suplu. Cel mai simplu de făcut și cel mai puțin costisitor este țesătura simplă.
Cârpele cu care sunt ușor de lucrat pe strat minimizează resturile. Atunci când operatorul dvs. întâmpină dificultăți la formarea țesăturii, se pot aștepta timpii de ciclu și deșeuri. Alegerea unei țesături cu care echipa ta va putea lucra și care economisește efectiv bani pentru fiecare parte.
Provocări comune atunci când lucrați cu țesături din fibră de carbon
Țesăturile din fibră de carbon au câteva probleme comune. Acestea influențează rezistența piesei (și poate arăta și bine), precum și rata de producție. Cunoașterea acestora v-ar scuti de erori și revizuiri costisitoare.
O mulțime de probleme pot fi explicate prin comportamentul țesăturii în manipulare și întărire. Modelul țesăturii determină uneori complexitatea. Provocările cheie pe care probabil le veți întâlni sunt enumerate mai jos.
Încrețirea/Distorsiunea fibrelor
Când este întinsă peste curbe strânse, materialul din Fibră de Carbon se încrețește. Țesătura simplă, în special, poate fi întinsă cu ușurință într-o asemenea măsură încât devine destul de rigidă. Rinklele slăbesc piesa și au ca rezultat un flux neuniform de rășină.
Pentru a minimiza ridurile, trebuie să fiți capabil să exercitați un control strâns al tensiunilor în timpul întinderii. Alegerea țesăturii poate fi de ajutor, deoarece țesăturile din twill sau satin se pot drapa mai ușor. De asemenea, este posibil să tăiați material mai mult în bucăți de dimensiuni-mușcături sau să folosiți semifabricate personalizate pentru a rezolva problemele de potrivire cu forme complexe.
Goluri de pete uscate de rășină
Țesătura strânsă, cum ar fi țesătura simplă, rezistă curgerii rășinii. Acest lucru poate prinde aer și poate duce la zone uscate sau găuri în compozit. Aceste eșecuri slăbesc și pot duce la eșecuri premature.
Acest lucru poate fi evitat printr-un vid adecvat și o perfuzie lentă de rășină. Țesăturile mai deschise permit o mai bună penetrare a rășinii, dar cele mai libere pot adăuga conținut de rășină și pot face piesele mai grele. Preimpregnatele reduc acest risc în măsura în care rășina este deja distribuită uniform.
Separarea Straturilor și delaminarea
Delaminarea apare atunci când straturile își pierd aderența din cauza stresului. delaminare. Numărul mare de încrucișări implicate în țesătura simplă mărește frecarea și crește rezistența. Țesăturile din twill și satin (mai puține încrucișări ale capetelor) pot fi mai susceptibile.
Este imperativ să se mențină temperatura și presiunea de întărire pentru a preveni lipirea slabă. Întărirea rășinilor sau încorporarea de materiale interfețe ajută, de asemenea, la creșterea delaminării.
Probleme de manipulare și tăiere a țesăturilor
Fibra de carbon este, de asemenea, fragilă și se va sfărâma sau se rupe atunci când este manipulată aspru. Rolele cu lungimi mari de material sunt greoaie și ar distruge fibrele în procesul de relocare. Lamele intensive și tocite deteriorează fibra.
Pregătiți instrumente-de bună calitate și ascuțite. Tăiere: Așezați materialul plat și nu trageți de câlți. Educarea angajaților cu privire la modul de îngrijire a țesăturilor elimină risipa și defectele.
Rezumatul articolului
Acest articol acoperă aspecte cheie ale țesăturilor din fibră de carbon, de la producția lor până la provocările comune și criteriile de selecție.
Țesături din fibră de carbon: cum formează fibrele de carbon țesătura.
Modele de țesătură: tipuri precum uni, twill și satin.
Tehnici de fabricație: pregătirea fibrelor, țesere, etape de finisare.
Selectarea țesăturii: alegerea țesăturii pentru formă și rezistență.
Provocări comune: riduri, goluri de rășină, delaminare.
Sfaturi de manipulare: îngrijire adecvată pentru a evita defectele.
