Tkaniny z uhlíkových vlákien sú nevyhnutné pri výrobe kompozitov. Sú tvorené prepletením uhlíkových vlákien do špecifických vzorov. Každý zväzok vlákien, nazývaný kúdeľ, obsahuje tisíce filamentov. Bežné veľkosti vleku zahŕňajú 3 000 libier, 6 000 libier, 12 000 libier a 24 000 libier. Vzor väzby riadi, ako sa tieto kúdele krížia. To priamo ovplyvňuje pevnosť, splývavosť a povrchovú úpravu látky.
Pri výrobe sa väzba musí zhodovať s geometriou a procesom dielu. Plátnové väzby sú pevné a stabilné, ale ťažšie sa tvoria. Keprová a atlasová väzba je pružnejšia a ľahšie sa ovinie okolo kriviek. Počas kladenia väzba ovplyvňuje tok živice a zhutňovanie. Predimpregnované tkaniny sa často používajú pre presnosť obsahu vlákien. Tieto materiály dobre fungujú v autokláve alebo vákuovom formovaní.
Inžinieri si vyberajú väzby na základe funkcie dielu a dráh napätia. V letectve zvládajú tkané lamináty vysoké zaťaženie vo viacerých smeroch. V autách sa kladie dôraz na pevnosť a nízku hmotnosť pri náraze. Smer väzby a stohovanie vrstiev sa simuluje pred výrobou.
Čo sú väzby z uhlíkových vlákien?
Tkaniny z uhlíkových vlákien sú vysokovýkonné-výstuhy v kompozíciách. Vyrábajú sa tkaním uhlíkových kúdele za účelom vytvorenia štruktúrovaných foriem textilu. Tisíce nekonečných vlákien v každom kúdele sú zvyčajne hrubé sedem mikrónov. Väzba zachytáva tieto kúdele do pevných trás, čím vytvára predvídateľnú a opakovateľnú štruktúru vlákien.
Polyakrylonitril je bežným východiskovým prekurzorom pre vlákna. Tieto sú stabilizované, oxidované a karbonizované nad 1200 stupňov Celzia. Ne-uhlíkové zložky sa strácajú karbonizáciou na čisté atómy uhlíka uložené v kryštálových vrstvách. Potom sa povrch-ošetrí a potiahne glejom. Dimenzovanie zlepšuje manipuláciu a je citlivejšie na živicu.
Vlákna sa po úprave spracujú do zväzkov nazývaných kúdele a umiestnia sa na tkáčske krosná. Pokročilé krosná udržujú vlákna zarovnané, konzistentné napnutie a rozmiestnenie kúdele. Najrozšírenejšie vzory sú hladké, keprové a saténové s rôznou riasením a riasením. Napätie je riadené automaticky, aby sa zaručila rovnosť vlákna a obmedzenie mikro-defektov. V tejto fáze sa nastavuje mechanický výkon finálnej časti.
Dodávané tkaniny môžu byť dodané suché alebo ako predimpregnované lamináty. Suché tkaniny sa používajú vo výrobných postupoch, ako je infúzia živice alebo lisovanie. Predimpregnované lamináty sú živice napustené medzi vlákna za kontrolovaných podmienok. To zaručuje presný pomer vlákien k živici a zlepšuje povrchovú úpravu. Väzba ovplyvňuje dráhy toku, konsolidačný tlak a zhutňovanie vrstiev počas vytvrdzovania.
Vzory väzieb z uhlíkových vlákien
Väzby z uhlíkových vlákien sú vo vzoroch. Tieto vzory regulujú kríženie kúdele vlákien. Všetky majú vplyv na to, ako sa súčiastka chová a vyrába. Väzby vyberajú inžinieri podľa sily a tvaru a požiadaviek na spracovanie.
Pevné väzby lepšie držia tvar počas kladenia. Voľnejšie tkané materiály spadajú do foriem. Tento trend tiež ovplyvňuje tok živice, orientáciu vlákien a tuhosť. Správna voľba je životne dôležitá pre stabilitu procesu a výkonu.
Nižšie sú zhrnuté najbežnejšie typy väzieb, ktoré sa používajú vo vysokovýkonných{0} častiach. Všetky majú rôzne aspekty zakrytia, stability a pevnosti.
Plain Weave
Hladká väzba je najzákladnejším vzorom. Každý vlek ide cez jeden a pod jeden. To prináša úzku, horizontálnu organizáciu. Medzi nimi je silný kríž v pravom uhle.
Jeho krimpovací uhol je veľký. To znamená, že vlákna sa budú ohýbať ďalej pri každom prechode. To prináša stabilitu na úkor pevnosti v ťahu. To tiež spôsobuje, že tkanina ťažšie padá na krivky.
V plátnovej väzbe je odolná voči tvaru. Vďaka tomu je vhodný pre ploché diely alebo základné formy. Pomáha pri toku živice a orientácii vlákien. Pri neopatrnom zaobchádzaní sa však môže na komplikovanom povrchu pokrčiť.
Keprová väzba
Pri použití keprovej väzby vzniká diagonálny vzor. Jedna forma je 2X2 kepr. Každý ťahák nad dva a pod dva. Tým sa posunie každý bod prechodu pozdĺž materiálu.
Zvlnenie kepru je nižšie ako v plátnovej väzbe. Vlákna sa ľahko neohýbajú, a preto znášajú záťaž. Visí a pasuje na komplikovanejšie formy s menším množstvom vrások.
Výplet je možné použiť s viditeľnými uhlíkovými časťami. Má hladký a reflexný povrch. Používa sa v rámoch bicyklov, paneloch automobilov a kapotážach. Kepr tiež poskytuje vynikajúcu povrchovú úpravu a tvar v porovnaní s tvarovanými zakrivenými formami.
Saténová väzba
Atlasové väzby majú dlhé dráhy plaváka. V saténe s 5 postrojmi prechádza každý kúdeľ cez 4 a pod 1. To vytvára hladkú tkaninu s veľmi nízkym krimpovaním.
Vlákna zostávajú lepšie orientované. To zvyšuje tok a pevnosť živice. Satén pekne visí a zakrýva a vytvára ľahko-tvarovaný, zakrivený alebo hlboký tvar.
Často sa používa tam, kde je dôležitý vzhľad a kvalita povrchu. Satén je však nestabilnejší. Pri manipulácii dochádza k posunu vlekov. Musí byť tiež tesne uložená, aby sa zabránilo nesprávnemu usporiadaniu alebo deformácii vlákien.
Špecializované väzby a hybridné väzby
Ostatné väzby zmiešajú vlákna. Toto sú hybridné väzby, napr. uhlík a aramid je možné kombinovať pri tkaní. To poskytuje kombináciu tuhosti a tlmenia nárazov.
Na iných tkaninách sa používajú neštandardné{0}}rozloženia. Košíkové výplety sú vyrobené z hrubých kúdele v štvorcovom štýle. Biaxiálne tkaniny orientujú kúdele v dvoch smeroch tkaniny. Triaxiálne a štvorosové tkaniny využívajú troj- a štvor{5}}uhlové vlákno.
Tieto vzory minimalizujú počet vrstiev a urýchľujú ukladanie. Nachádzajú sa v konštrukčných paneloch, člnoch a veterných listoch. Všetky sú zarovnané s dráhami zaťaženia dielca. Čím menej vrstiev máme, tým rýchlejšie sa dá tovar vyrobiť a tým menej chýb.
Vplyv tkania na mechanický výkon
Zarovnanie vlákien a dráhy zaťaženia
Vlákno je zarovnané podľa vzoru väzby. Ťahové zaťaženie možno ľahko prenášať rovnými vláknami. Dodatočné zvlnenie spôsobuje ohýbanie vlákien, čo znižuje pevnosť v ťahu. Malé väzby majú dobrú ohybnosť vlákna a ponúkajú stabilnú tkaninu na pokladanie. Čím voľnejšie je tkanie, tým viac je zarovnanie vlákien a pevnosť. Táto rovnováha je určená geometriou dielov a požiadavkami.
Tuhosť a sila-v rovine
Tkaniny s plátnovou väzbou majú pravidelnú-rovinnú tuhosť. Ich vzájomné kríženia sú početné a spôsobujú trenie. To zvyšuje-rovinný šmykový odpor. Keprové a saténové väzby minimalizujú zvlnenie vlákna, takže je možné dosiahnuť zlepšené vlastnosti v ťahu. Sú účinné na miestach, ktoré majú zakrivené alebo zložité tvary častí. Väzby sú zvolené dizajnérmi tak, aby vyhovovali vlastnostiam požiadaviek na tuhosť a ľahkému tvarovaniu.
Pevnosť v šmyku a delaminácii
Body kríženia tkaní ovplyvňujú interlaminárnu pevnosť v šmyku. Väčšina krížení v plátnových väzbách spôsobuje vysoké trenie a odolnosť voči delaminácii. V saténových väzbách je menej krížení a môžu ťažiť z dodatočného spevnenia živicou. V jeho neprítomnosti sú saténové tkaniny náchylné na delamináciu pri strihu. Zabránenie delaminácii závisí od správneho výberu živice a stohovania vrstiev.
Únavová životnosť a{0}}prevádzkové zaťaženie
Únavový výkon pri cyklickom zaťažení je ovplyvnený výberom väzby. Rast trhlín a zlyhanie spôsobené dobre-zarovnanými vláknami sú odložené. Multiaxiálne a hybridné väzby rozdeľujú napätia, ktoré sú vo viacerých smeroch. To minimalizuje poškodenie únavy a zvyšuje životnosť. Simulácie pomáhajú inžinierom navrhnúť vzory väzieb predpokladaných dynamických zaťažení. Táto optimalizácia zvyšuje životnosť kompozitného dielu.
Techniky výroby väzieb z uhlíkových vlákien
Výroba látky z uhlíkových vlákien je náročná, ručná práca. Začína so surovým uhlíkovým vláknom a existuje ako látka vo forme pripravenej na tvarovanie. Každý krok procesu ovplyvňuje pevnosť a to, ako sa látka správa počas výrobného procesu.
Mali by ste mať silné riadenie napätia a rozstupu vlákien. Mechanické vlastnosti tkaniny sú formované vzorom tkania. Obratní operátori pracujú na špecializovanom tkáčskom stave, aby zabezpečili, že vlákna zostanú vo svojom prirodzenom usporiadaní a nepoškodené. Používajú sa v náročných priemyselných odvetviach, ako je letecký priemysel a motoristický šport.
Výroba a príprava vlákien
Prekurzory sú polymérové vlákna, ktoré prichádzajú vo forme uhlíkových vlákien. Zohrievajú sa postupne na vzduchu a rýchlo v peci bez kyslíka. To z nich robí tenké, silné uhlíkové vlákna. Tento krok ovplyvňuje kvalitu tuhosti a pevnosti vlákien.
Keď sú karbonizované vlákna nanesené s tenkým povlakom. To ich zakryje a pomôže živici prilepiť sa neskôr. Vlákna sa zhromažďujú do týchto skupín alebo kúdele a kúdele majú rôznu hrúbku. Veľkosť kúdele mení hmotnosť a pevnosť látky.
Proces tkania a stroje
Zväzky sa privádzajú do tkáčskych strojov, ktoré venujú veľkú pozornosť napätiu. Vlákna sú tkané v tvare tak, že sa navzájom prekrývajú{1}} a podchádzajú. Dizajn sa líši v závislosti od aplikácie konečného materiálu - niektoré musia byť tuhé a niektoré musia byť ohybné.
Modernejšie tkáčske stavy môžu využívať vzduchové trysky na poháňanie zväzkov, čím ich pretláčajú tkáčskym stavom oveľa rýchlejšie. Stroje tiež zhodujú šírku a dĺžku látky. Táto presnosť podporuje zarovnanie vlákien, čo je rozhodujúce pre výkon.
Konečná úprava látky a aplikácia živice
Tkaninu je možné predávať ako suchú alebo s impregnáciou živicou (predimpregnovaný laminát). Suchá textília vyžaduje pridanie živice neskôr počas formovania. Predimpregnovaná tkanina je tkanina, na ktorú bola nanesená živica, a to za presných teplotných podmienok.
Predimpregnované lamináty sú lepkavé, preto je skladanie a manipulácia jednoduchá. To pomáha udržiavať vrstvy tkaniny a minimalizovať pórovitosť na hotovej časti. Predimpregnované lamináty poskytujú výstužné kompozity, ktoré sú robustnejšie a jednotnejšie.
Post-Úpravy tkania
Látka môže byť potom tepelne-spracovaná, aby sa látka stabilizovala. Potom sa zastaví zmršťovanie alebo deformácia. Iné typy tkanín sú potiahnuté, aby sa zabránilo poškodeniu vlákien alebo aby sa zlepšilo pripevnenie.
Niekedy sú látky narezané do tvaru pred dielmi. To šetrí plytvanie a zrýchľuje výrobu. Tieto dokončovacie procesy spôsobujú, že sa tkanina správa dobre v procese tvarovania a v konečnej časti sa nevyskytujú žiadne chyby.
Výber tkanín z uhlíkových vlákien na výrobu
Výber väzby z uhlíkových vlákien je jednoducho záležitosťou zosúladenia správania látky s tvarom dielu a použitím. Túžite po väzbe, ktorá by sa hodila k vašej forme a poskytovala pevnosť bez toho, aby vyzerala pokrčená. Nevhodný materiál komplikuje pokládku a robí konečný produkt slabým.
S každou väzbou sa pracuje inak. Iné sa ľahko skladajú a rozťahujú a iné majú problémy so skladaním a zostávajú vzpriamené. S týmto druhom pochopenia ich rozdielov vopred sa vyhnete tráveniu času a prerábaniu s veľkými nákladmi.
Ako dobre sa látka formuje
Lepšie krivky a pády keprových a saténových väzieb. Umožňujú vám umiestniť látku cez úzke rohy bez vybočenia. Satén udrží vlákna dlhšie nad vodou a to je užitočné pri zložených krivkách. Toto sú vaše najlepšie možnosti, ak váš diel obsahuje ostré ohyby alebo zložené tvary.
V plátnovej väzbe sa ťažšie pracuje s úzkymi tvarmi. Vlákna potom prechádzajú cez všetky ostatné kúdele, čím sa látka mastí tuhšie. Môžete skončiť s vráskami alebo s nesprávne zarovnaným vláknom. Veľké plochy plátnovej väzby na v podstate plochých alebo jemne zakrivených paneloch.
Smer sily a zaťaženia
V plátnovej väzbe sú ďalšie ohyby vlákien, ktoré znižujú pevnosť v ťahu. Vlákna však zlepuje dohromady. To pomáha častiam predchádzať delaminácii. Keprové alebo atlasové väzby sú vhodnejšie na diely, ktoré sú prevažne zaťažené ťahom. Udržiavajú vlákna v rovnejšom a pevnejšom režime.
Hladká väzba môže lepšie prežiť v prípade, že je váš diel vystavený nárazovým alebo ohybovým zaťaženiam. Má lepšiu priľnavosť k živici, vďaka čomu je lepšia proti delaminácii. Vyberte väzbu v závislosti od hlavných síl, ktoré z vašej strany pôsobia.
Prúdenie a spracovanie živice
Tkaniny s plátnovou väzbou pevnej plátnovej väzby bránia toku živice. To môže pri infúzii zachytiť vzduchové vrecká. To si bude vyžadovať jemné podtlakové a tlakové zaobchádzanie, aby sa predišlo dutinám. Atlasové a voľnejšie keprové väzby umožňujú živici rýchlejšie absorbovať, ale celkovo absorbujú viac živice.
Toto je uľahčené predimpregnovanými tkaninami, ktoré už obsahujú živicu. Napriek tomu rôzne väzby vytvrdzujú rôzne a vyžadujú zodpovedajúce teplotné cykly. Aplikáciou vhodnej väzby na vašu živicu a metódou vytvrdzovania sa chyby znížia a výroba sa zrýchli.
Praktické náklady a rýchlosť výroby
Atlasová väzba je časovo-náročnejšia a drahšia kvôli komplikovaným dráham vlákien. Kepr sa dá tkať rýchlo a lacno, no zároveň poddajný. Najjednoduchšia na výrobu a najlacnejšia je plátnová väzba.
Utierky, s ktorými sa pri vrstvení ľahko pracuje, minimalizujú odpad. Keď má váš operátor problémy s tvarovaním tkaniny, možno očakávať časy cyklu a odpad. Výber výpletu, s ktorým bude váš tím schopný pracovať a ktorý efektívne šetrí peniaze na každej časti.
Bežné výzvy pri práci s väzbami z uhlíkových vlákien
Tkaniny z uhlíkových vlákien majú niektoré bežné problémy. Tie ovplyvňujú pevnosť dielu (a môže aj dobre vyzerať), ako aj rýchlosť výroby. Vedieť o nich by vás ušetrilo od nákladných chýb a revízií.
Veľa problémov sa dá vysvetliť správaním látky pri manipulácii a vytvrdzovaní. Vzor väzby niekedy určuje zložitosť. Hlavné výzvy, s ktorými sa pravdepodobne stretnete, sú uvedené nižšie.
Zvrásnenie/skreslenie vlákien
Pri natiahnutí cez úzke krivky sa tkanina z uhlíkových vlákien pokrčí. Predovšetkým plátnová väzba môže byť ľahko natiahnutá do takej miery, že bude dosť tuhá. Rýhy oslabujú diel a majú za následok nerovnomerný tok živice.
Aby ste minimalizovali vrásky, musíte byť schopní dôsledne kontrolovať napätie počas ležania. Výber väzby môže pomôcť, pretože keprová alebo atlasová väzba sa môže ľahšie prekrývať. Je tiež možné strihať látku viac na kúsky-alebo použiť na mieru prispôsobené polotovary na vyriešenie problémov so zložitosťou tvarov.
Živicové suché miesta Voids
Pevná väzba, ako je plátnová väzba, odoláva tečeniu živice. To môže zachytiť vzduch a viesť k suchým oblastiam alebo otvorom v kompozite. Tieto zlyhania oslabujú a môžu viesť k predčasnému zlyhaniu.
Tomu sa dá predísť správnym vákuom a pomalou infúziou živice. Otvorenejšie väzby umožňujú lepšiu penetráciu živice, ale tie voľnejšie môžu pridať obsah živice a spôsobiť, že diely budú ťažšie. Predimpregnované lamináty znižujú toto riziko do tej miery, že živica je už rovnomerne rozložená.
Separácia vrstiev a delaminácia
Delaminácia nastáva, keď vrstvy strácajú priľnavosť v dôsledku stresu. Delaminácia. Vysoký počet prekrížení v plátnovej väzbe zvyšuje trenie a zvyšuje odolnosť. Keprové a atlasové väzby (menej prekrížených koncov) môžu byť náchylnejšie.
Je nevyhnutné udržiavať teplotu a tlak vytvrdzovania, aby sa zabránilo zlému spojeniu. Spevnenie živíc alebo začlenenie medzilistových materiálov tiež pomáha pri zvyšovaní delaminácie.
Problémy s manipuláciou s tkaninou a rezaním
Uhlíkové vlákno je tiež krehké a pri hrubej manipulácii sa trhá alebo láme. Kotúče veľkých dĺžok látky sú ťažkopádne a zničili by vlákna v procese premiestňovania. Intenzívne a tupé čepele poškodzujú vlákno.
Pripravte si-kvalitné a ostré nástroje. Strihanie: Položte látku naplocho a neťahajte za kúdele. Vzdelávanie zamestnancov o tom, ako sa o látky starať, eliminuje plytvanie a defekty.
Zhrnutie článku
Tento článok pokrýva kľúčové aspekty väzieb z uhlíkových vlákien, od ich výroby až po bežné výzvy a výberové kritériá.
Tkanie z uhlíkových vlákien: Ako uhlíkové vlákna tvoria tkaninu.
Vzory tkania: Typy ako hladký, keprový a satén.
Výrobné techniky: príprava vlákien, tkanie, dokončovacie kroky.
Výber väzby: Výber tkaniny pre tvar a pevnosť.
Bežné problémy: Vrásky, živicové dutiny, delaminácia.
Tipy na manipuláciu: Správna starostlivosť, aby sa predišlo chybám.
