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 es carbonitzen per formar fibres d'alta resistència. Aquestes fibres o filaments s'agrupen i s'identifiquen pel nombre de filaments de carboni que contenen. Les classificacions de remolc habituals són 3k, 6k, 12k i 15k. La "k" significa mil, de manera que un estopa de 3k està fet de 3,000 filaments de carboni. El remolc estàndard de 3 k té normalment 0,125 polzades d'ample, de manera que és molta fibra amuntegada en un espai reduït. Un estopa de 6k té 6,000 filaments de carboni, un estopa de 12k en té 12,000 filaments de carboni, etc. Grans quantitats de fibres d'alta resistència agrupades fan que la fibra de carboni sigui un material tan fort.

teixit de fibra de carboni
La fibra de carboni sovint es presenta en forma de teixits, cosa que facilita el treball i pot proporcionar una resistència estructural addicional segons l'aplicació. Per tant, els teixits de fibra de carboni es poden teixir de moltes maneres diferents. Els més habituals són llisos, sarja i setí de tirants, i cobrirem cada material amb detall.

teixit pla
Les làmines simples de fibra de carboni tenen un aspecte simètric amb un aspecte petit d'escacs. En aquest teixit, els fils es teixeixen en un patró per sobre / per sota. La curta distància entre entrellaçats confereix al teixit llis un alt grau d'estabilitat. L'estabilitat del teixit es refereix a 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 col·locacions amb contorns complexos i no serà tan flexible com altres teixits. En termes generals, el teixit de teixit pla és adequat per a làmines planes, canonades i corbes bidimensionals.

Un desavantatge d'aquest patró de teixit és que hi ha un enrotllament greu als fils a causa de la curta distància entre entrellaçats (els angles que formen les fibres quan es teixeixen, vegeu més avall). El plegat dur crea concentracions d'estrès que debiliten la peça amb el pas del temps.

Teixit de sarja
La sarga és el pont entre el teixit llis i el teixit setí del qual parlarem a continuació. El teixit de sarga té una bona flexibilitat i pot formar contorns complexos. És pitjor que el teixit de setí de tirants per mantenir l'estabilitat del teixit, però no tan bo com el teixit de teixit lli. Si seguiu els fils de remolc en un teixit de sarja, passa per un cert nombre de remolcs i després pel mateix nombre de remolcs. El patró amunt/avall crea l'aspecte d'una fletxa diagonal, anomenada "línia de sarga". La distància més llarga entre els remolcs entrellaçats significa menys rínxols i menys concentracions potencials d'estrès en comparació amb els teixits de teixit lli.

Teixit de sarga 2×2

Sarga 4×4
La sarga 2×2 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, combina una formabilitat mitjana amb una estabilitat mitjana. Tal com indica el nom de 2×2, cada remolc passarà per 2 remolcs i després creuarà ambdós remolcs. Així mateix, s'enfilarà una sarga 4×4 a través de 4 remolcs i després a través de 4 remolcs. Es forma una mica millor que la sarga 2×2 perquè el teixit no és tan ajustat, però també és menys estable.

arnès de setí
El teixit de setí es va dissenyar fa milers d'anys per crear teixits de seda amb un drapat excel·lent alhora que semblava suau i sense costures. Per als compostos, aquesta drapabilitat significa que es pot formar i embolicar fàcilment al voltant de contorns complexos. Com que aquest teixit és altament conformable, s'espera que la seva estabilitat sigui baixa. Els teixits de setí de lliç comuns inclouen 4-setí de lliç (4HS), 5-setí de lliç (5HS) i 8-setí de lliç (8HS). A mesura que augmenta la quantitat de teixit 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 que hi passen. Per a 4HS passarà per 3 remolcs i després per menys d'1 remolc. Per al 5HS passarà per 4 remolcs i després per menys d'1 remolc, i per al 8HS passarà per 7 remolcs i després per menys d'1 remolc.

Estopa estesa vs. estopa estàndard
Els materials de remolc estesos poden ser un bon compromís entre l'ús de materials unidireccionals i materials trenats estàndard. Quan els fils de fibra es teixeixen cap amunt i cap avall per formar un teixit, la resistència es redueix a causa de l'enrotllament dels fils. Quan augmenteu el nombre de filaments en un estopa estàndard (p. ex., de 3k a 6k), el estopa es fa més gran (més gruixut) i l'angle de rínxol es fa més aspre. Una manera d'evitar-ho és estendre els filaments en estopes més amples, això s'anomena estendre els estopes, i hi ha diversos avantatges de fer-ho.

Estenent el remolc proporciona un angle d'enrotllament més petit que el trenat de remolc estàndard i pot reduir els defectes d'encreuament augmentant la suavitat. Un angle de crimpat més baix donarà lloc a una major resistència. Els materials de remolc escampats també són més fàcils de treballar que els materials unidireccionals i encara proporcionen una prevenció bastant bona de la fibra.

Desplegueu el teixit lli de remolc

Esteneu el teixit de sarja de remolc

unidireccional
Com el seu nom indica, uni, que significa una, totes les fibres estan orientades en 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, les fibres contínues afegeixen força i rigidesa. Un altre avantatge és la possibilitat de personalitzar la disposició amb un major control sobre les característiques de rendiment. Els quadres de bicicletes són un gran exemple de com es poden utilitzar els teixits UD per adaptar el rendiment. La zona del pedalier del bastidor ha de ser rígida per transferir la potència del genet a les rodes, però el quadre també ha de ser flexible i flexible per evitar ferir el genet. Amb els materials UD, podeu triar la direcció precisa de les fibres per obtenir la força que necessiteu.

Un desavantatge important de la UD és la seva maniobrabilitat. La UD es pot trencar fàcilment durant la disposició perquè no té fibres entrellaçades per mantenir-lo unit. Si les fibres es col·loquen incorrectament, és gairebé impossible redirigir-les correctament. Les peces mecanitzades fetes de teixit UD també poden causar problemes. Si alguna fibra s'aixeca on es va tallar la funció, aquestes fibres soltes poden tirar cap amunt tota la peça. Normalment, si es selecciona un material UD per a la laminació, s'utilitzarà una capa de material teixit per a la primera i l'última capes per millorar la treballabilitat i la durabilitat de les peces. Això es fa des de marcs de drons per a aficionats fins a la producció de peces de coets.