Плетіння з вуглецевого волокна: що це таке і навіщо їх використовувати

Якщо ви коли-небудь замислювалися, чому один шматок вуглецевого волокна може виглядати інакше, ніж інший, ви не самотні. Вуглецеве волокно має багато різних плетінь, кожне з яких служить різним цілям, і воно не лише декоративне.

Вуглецеві волокна виготовляються з таких попередників, як поліакрилонітрил (PAN) і віскоза. Волокна-попередники піддаються хімічній обробці, нагріванню та розтягуванню, а потім карбонізації з утворенням високоміцних волокон. Потім ці волокна або нитки об’єднують разом і ідентифікують за кількістю вуглецевих ниток, які вони містять. Загальні рейтинги буксирування: 3k, 6k, 12k і 15k. Буква "k" означає тисячу, тому 3k жгут складається з 3000 вуглецевих ниток. Стандартний буксир 3K зазвичай має 0.125 дюймів завширшки, тож це багато волокон, напханих у невеликий простір. Жгут 6k має 6,000 вуглецевих ниток, 12k — 12,000 вуглецевих ниток і так далі. Велика кількість високоміцних волокон, об’єднаних разом, робить вуглецеве волокно таким міцним матеріалом.

переплетення вуглецевого волокна
Вуглецеве волокно часто постачається у вигляді тканого матеріалу, що полегшує роботу з ним і може забезпечити додаткову міцність конструкції залежно від застосування. Тому тканини з вуглецевого волокна можна виткати різними способами. Найпоширенішими з них є однотонний, саржевий і підтяжковий атлас, і ми розглянемо кожен матеріал докладніше.

полотняного переплетення
Звичайні листи з вуглецевого волокна мають симетричний вигляд із невеликою шаховою дошкою. У цьому плетінні пасма вплітаються зверху/знизу. Коротка відстань між переплетеннями забезпечує високий ступінь стабільності полотняного переплетення. Стабільність тканини означає здатність тканини зберігати кут переплетення та орієнтацію волокон. Через такий високий рівень стабільності полотняне переплетення менш підходить для накладок зі складними контурами, і воно не буде таким гнучким, як деякі інші тканини. Загалом, полотняне переплетення підходить для плоских листів, труб і двовимірних кривих.

Одним з недоліків цієї схеми плетіння є те, що пасма сильно скручуються через коротку відстань між переплетеннями (кути, які утворюють волокна під час плетіння, див. нижче). Жорсткий обжим створює концентрацію напруги, яка з часом послаблює деталь.

Саржеве переплетення
Саржа є сполучною ланкою між полотняним переплетенням і атласним переплетенням, яке ми обговоримо далі. Тканина саржа має хорошу гнучкість і може утворювати складні контури. Він гірше, ніж атласна тканина для підтяжок, у збереженні стабільності тканини, але не такий хороший, як тканина гладкого переплетення. Якщо ви стежите за нитками джгута в саржевому переплетенні, воно проходить через певну кількість джгутів, а потім через стільки ж джгутів. Візерунок вгору/вниз створює вигляд діагональної стрілки, яка називається «лінією саржі». Більша відстань між переплетеними джгутами означає менше скручування та меншу потенційну концентрацію напруги порівняно з тканинами полотняного переплетення.

Тканина саржа 2×2

саржа 4×4
Саржа 2×2, мабуть, є найвідомішим переплетенням вуглецевого волокна в галузі. Він використовується в багатьох косметичних і декоративних цілях, але також дуже функціональний, він поєднує в собі середню пластичність із середньою стабільністю. Як випливає з назви 2×2, кожен буксир проходитиме через 2 буксири, а потім перетинатиме обидва буксири. Подібним чином саржа 4×4 буде протягнута через 4 джгути, а потім через 4 джгути. Він формується трохи краще, ніж саржа 2×2, оскільки плетіння не таке щільне, але воно також менш стабільне.

джгут атласний
Атласне переплетення було розроблено тисячі років тому для створення шовкових тканин із чудовою драпіровкою, які виглядають гладкими та безшовними. Для композитів ця здатність до драпірування означає, що його можна легко формувати та обертати навколо складних контурів. Оскільки ця тканина добре піддається формуванню, очікується, що її стабільність буде низькою. До поширених атласних плетінь хедл належать 4-хедл сатин (4HS), 5-хедл сатин (5HS) і 8-хедл сатин (8HS). Зі збільшенням кількості атласного переплетення підвищується здатність до формування, а стабільність тканини зменшується.

4HS

5HS

8HS

Число в назві Harness Satin вказує на загальну кількість буксирів, які проходять. Для 4HS він пройде через 3 буксирування, а потім під 1 буксирування. Для 5HS він пройде через 4 буксирування, а потім під 1 буксирування, а для 8HS він пройде через 7 буксирувань, а потім під 1 буксирування.

Поширений джгут проти стандартного джгута
Поширені джгути можуть бути хорошим компромісом між використанням односпрямованих матеріалів і стандартних плетених матеріалів. Коли нитки волокна переплітаються вгору та вниз, щоб утворити тканину, міцність знижується через згинання ниток. Коли ви збільшуєте кількість ниток у стандартному джгуті (наприклад, з 3k до 6k), джгут стає більшим (товщим), а кут завитка стає грубішим. Один із способів уникнути цього — розкласти нитки на ширші джгути, це називається розсуванням джгутів, і це має кілька переваг.

Поширення джгута забезпечує менший кут завитків, ніж стандартне джгутове плетіння, і може зменшити дефекти перетину за рахунок збільшення гладкості. Менший кут обжиму призведе до більшої міцності. З розстеленими джгутами також легше працювати, ніж з однонаправленими матеріалами, і вони все ще забезпечують досить хороше запобігання витягуванню волокон.

Розгорнути джгут полотняного переплетення

Розстелити куделю саржеве переплетення

односпрямований
Як випливає з назви, uni, що означає один, усі волокна орієнтовані в одному напрямку. Це забезпечує деякі переваги високої міцності для односпрямованих (UD) тканин. Тканина UD неткана і не має жодних звивистих переплетених волокон, які б послаблювали структуру. Навпаки, безперервні волокна додають міцності та жорсткості. Ще однією перевагою є можливість налаштувати розкладку з більшим контролем над характеристиками продуктивності. Велосипедні рами є чудовим прикладом того, як тканини UD можна використовувати для адаптації продуктивності. Область нижнього кронштейна рами має бути жорсткою, щоб передавати силу водія на колеса, але рама також має бути гнучкою та гнучкою, щоб уникнути травмування водія. З матеріалами UD ви можете вибрати точний напрямок волокон, щоб отримати необхідну міцність.

Основним недоліком UD є його маневреність. UD може легко розвалитися під час простою, оскільки він не має переплетених волокон, щоб утримувати його разом. Якщо волокна розміщені неправильно, їх знову правильно спрямувати майже неможливо. Оброблені деталі, виготовлені з тканини UD, також можуть викликати проблеми. Якщо будь-які волокна витягнуться вгору в місці зрізу, ці вільні волокна можуть підтягнути всю частину. Як правило, якщо для ламінування вибрано UD-матеріал, для першого та останнього шарів буде використано шар тканого матеріалу, щоб покращити зручність обробки та довговічність деталей. Це робиться від каркасів безпілотників для любителів до виробництва деталей ракет.