Teixits de fibra de carboni: què són i per què utilitzar-los

Si alguna vegada us heu preguntat per què una peça de fibra de carboni pot semblar diferent d'una altra, no esteu sols. La fibra de carboni es presenta en molts teixits diferents, cadascun amb un propòsit diferent i no només és decoratiu.

Les fibres de carboni estan fetes de precursors com el poliacrilonitril (PAN) i el raió. Les fibres precursores es tracten químicament, s'escalfen i s'estiren, i després carbonitzen per crear fibres d'alta resistència. Aquestes fibres, o filaments, s'agrupen per formar estopes, que s'identifiquen pel nombre de filaments de carboni que contenen. Les classes habituals de remolc són 3k, 6k, 12k i 15k. "k" significa mil, de manera que un estopa de 3k està fet de 3,000 filaments de carboni. Un remolc estàndard de 3k té normalment 0,125" d'amplada, de manera que empaqueta molta fibra en un espai reduït. Un remolc de 6k té 6,000 filaments de carboni, un remolc de 12k en té 12,{{16} }} filaments de carboni, etc. Moltes fibres d'alta resistència agrupades són les que fan que la fibra de carboni sigui un material tan fort.

Fibra de carboni teixida
La fibra de carboni sol presentar-se en forma de teixit teixit, que facilita el treball i, depenent de l'aplicació, pot proporcionar una resistència estructural addicional. Com a resultat, els teixits de fibra de carboni tenen molts teixits diferents. Els més comuns són sòlids, sarja i setinat de cinta, i els veurem cadascun amb més detall.

teixit pla
Els panells de fibra de carboni de teixit pla semblen simètrics, amb un aspecte petit d'escacs. En aquest teixit, els estopes es teixeixen en un patró per sobre/baix. El curt espai entre els teixits confereix al teixit llis un alt grau d'estabilitat. L'estabilitat del teixit és la capacitat d'un teixit per mantenir el seu angle de teixit i l'orientació de la fibra. A causa d'aquest alt nivell d'estabilitat, el teixit llis és menys adequat per a layups de contorn complexos, no serà tan flexible com alguns altres teixits. En termes generals, el teixit pla és adequat per a làmines planes, canonades i corbes bidimensionals.

Un desavantatge d'aquest patró de teixit és l'encrespament rugós (l'angle que fan les fibres quan es teixeixen, vegeu més avall) a la estopa a causa de la curta distància entre els entrellaçats. Les ondulacions rugoses creen concentracions d'estrès que poden debilitar la peça amb el pas del temps.

Teixit de sarja
La sarga fa de pont entre el teixit pla i el teixit setinat que parlarem a continuació. La sarga és prou flexible per formar contorns complexos i és millor per mantenir l'estabilitat del teixit que el teixit de setí, però no tan bo com el teixit llis. Si seguiu un remolc de sarja, passa per un nombre determinat de remolcs i després pel mateix nombre de remolcs. El patró de dalt/a sota crea una aparença de punta de fletxa diagonal coneguda com a "línia diagonal". La distància més llarga entre els entrellaçats de remolc significa menys enganxament i menys concentració de tensió potencial en comparació amb un teixit llis.

Sarga 2×2

Sarga 4×4
2×2 Twill és probablement el teixit de fibra de carboni més conegut de la indústria. S'utilitza en moltes aplicacions cosmètiques i decoratives, però també és altament funcional, té una formabilitat moderada i una estabilitat moderada. Com el nom del 2×2 indica, cada remolc passarà per 2 remolcs i després per 2 remolcs. De la mateixa manera, una sarga 4×4 passarà per 4 remolcs i després 4 remolcs. És una mica més formable que la sarga 2×2 perquè el teixit no és tan ajustat, però també és menys estable.

Arnès Teixit de setí
El teixit de setí es va idear fa milers d'anys per crear teixits de seda que tinguin un excel·lent drapat alhora que semblaven suaus i sense costures. Per als compostos, aquesta drapabilitat significa que pot formar i embolicar contorns complexos amb facilitat. A causa de l'alta conformabilitat d'aquest teixit, s'espera que tingui una estabilitat baixa. Els teixits comuns són de quatre haddles (4HS), cinc haddle (5HS) i vuit haddle (8HS). A mesura que augmenta el nombre de teixits de setí, augmenta la conformabilitat mentre que l'estabilitat del teixit disminueix.

4HS

5HS

8HS

El número del nom de l'arnès Satin indica el nombre total de remolcs passats. Per a 4HS serà més de 3 remolcs i després menys d'1 remolc. Per al 5HS serà més de 4 remolcs i després menys d'1 remolc i per al 8HS serà de més de 7 remolcs i després menys d'1 remolc.

Remolc repartit vs. Remolc estàndard
Els materials de remolc estesos poden ser un bon compromís entre l'ús de materials unidireccionals i materials teixits estàndard. Quan els estopes de fibra es teixeixen cap amunt i cap avall per formar un teixit, la resistència es redueix a causa de les ondulacions dels estopes. A mesura que augmenteu el nombre de filaments en un remolc estàndard, per exemple, de 3k a 6k, el remolc es fa més gran (més gruixut) i l'angle de crim es fa més nítid. Una manera d'evitar-ho és estendre els filaments en estopes més amples, conegudes com a estopes estesa, que té diversos avantatges.

Els remolcs estesos proporcionen un angle de crim més petit que les trenes de remolc estàndard i poden reduir els defectes d'encreuament augmentant la suavitat. Angles de crimpat més baixos donaran lloc a una major resistència. Els materials de remolc estesos també són més fàcils de treballar que els materials unidireccionals i encara tenen una prevenció bastant bona de tirar de fibra.

Esteneu estopa plana

Esteneu el teixit de sarja de remolc
unidireccional
Com el seu nom indica, uni significa un, i totes les fibres s'enfronten a la mateixa direcció. Això proporciona alguns avantatges d'alta resistència als teixits unidireccionals (UD). El teixit UD no està teixit i no té fibres entrellaçades ondulades que debilitin l'estructura. En canvi, hi ha fibres contínues que afegeixen força i rigidesa. Un altre avantatge és la possibilitat de personalitzar l'apilament amb un major control sobre les característiques de rendiment. Un marc de bicicleta és un gran exemple de com es poden utilitzar els teixits UD per ajustar el rendiment. El marc ha de ser rígid a la zona del pedalier per transferir la potència del pilot a les rodes, però també ha de ser compatible i flexible per no aclaparar el genet. Amb els materials UD, podeu triar l'orientació precisa de les fibres per aconseguir la resistència desitjada.

Un desavantatge important de la UD és la seva maniobrabilitat. La UD es desfà fàcilment durant la disposició perquè no té fibres entrellaçades per mantenir-la unit. Si les fibres es col·loquen incorrectament, és gairebé impossible reorientar-les correctament de nou. Les peces mecanitzades fetes de teixits UD també poden causar problemes. Si s'estira cap amunt d'on es va tallar la funció, aquestes fibres soltes s'estiraran fins al llarg de la peça. Normalment, si es selecciona un material UD per a la disposició, s'utilitza una capa de material teixit per a la primera i l'última capes per millorar la processabilitat i la durabilitat de les peces. Això és el que fan els marcs de drons aficionats fins a la producció de peces de coets.