Тъканите от въглеродни влакна са от съществено значение при производството на композитни материали. Те се образуват чрез преплитане на въглеродни нишки в специфични шарки. Всеки сноп влакна, наречен кабел, включва хиляди нишки. Обичайните размери на теглене включват 3000 паунда, 6000 паунда, 12 000 паунда и 24 000 паунда. Моделът на тъкане контролира как тези кълчища се пресичат. Това пряко влияе върху здравината, драпирането и повърхностното покритие на тъканта.
При производството тъканта трябва да съответства на геометрията и процеса на детайла. Плетените тъкани са стегнати и стабилни, но се оформят по-трудно. Тъканите от кепър и сатен са по-гъвкави и се увиват по-лесно около извивките. По време на слагането тъканта влияе върху потока на смолата и уплътняването. Препрегираните тъкани често се използват за точност на съдържанието на влакна. Тези материали се представят добре в установки за автоклав или вакуумно формоване.
Инженерите избират тъкани въз основа на функцията на частта и пътищата на напрежение. В космическото пространство тъканите ламинати се справят с големи натоварвания в различни посоки. При автомобилите фокусът е върху здравината и ниското тегло при удар. Посоката на тъкане и подреждането на слоевете се симулират преди производството.
Какво представляват тъканите от въглеродни влакна?
Тъканите от въглеродни влакна са високо{0}}ефективни подсилвания в композиционните части. Те се произвеждат чрез тъкане на въглеродни кълчища, за да се създадат структурирани форми на текстил. Хилядите непрекъснати нишки във всеки кабел обикновено са с дебелина седем микрона. Тъкането улавя тези кълчища към твърди маршрути, създавайки предвидима и повторяема структура на влакната.
Полиакрилонитрилът е обичайният изходен прекурсор за влакна. Те са стабилизирани, окислени и карбонизирани над 1200 градуса по Целзий. Не-въглеродните компоненти се губят чрез карбонизация до чисти въглеродни атоми, поставени в кристални слоеве. След това повърхността се-обработва и се покрива с оразмеряване. Оразмеряването подобрява управлението и е по-възприемчив към смола.
Нишките след обработка се правят на снопове, наречени кълчища, и се поставят на тъкачни станове. Усъвършенстваните станове поддържат влакната подравнени, постоянно напрежение и разстояние между тегленето. Най-широко разпространените десени са гладки, кепър и сатен с различни гофрове и драпировки. Опънът се контролира автоматично, за да се гарантира изправеността на влакното и ограниченията върху микро-дефектите. По време на този етап се задават механичните характеристики на крайната част.
Доставените тъкани могат да се доставят сухи или като предварително импрегнирани тъкани. Сухите тъкани се прилагат в производствени процедури като вливане на смола или пресоване. Препрегите са онези смоли, които се вливат между влакната при контролирани условия. Това гарантира точно съотношение влакна към смола и подобрява покритието на повърхността. Тъкането влияе върху пътищата на потока, налягането на консолидация и уплътняването на слоевете по време на втвърдяване.
Модели на тъкане от въглеродни влакна
Тъканите от въглеродни влакна са в шарки. Тези модели регулират кръстосването на влакнестите влакна. Всички те влияят на това как дадена част работи и се произвежда. Тъканите се избират от инженери според здравината и формата, както и изискванията за обработка.
Плътните тъкани са по-добри при поддържане на формата по време на слагане. По-рехаво тъканите материали попадат в калъпи. Тенденцията също влияе върху потока на смолата, ориентацията на влакната и твърдостта. Правенето на правилен избор е жизненоважно за стабилността на процеса и производителността.
Най-често срещаните типове тъкани, които се използват в-части с висока производителност, са обобщени по-долу. Всички те имат различни аспекти на драпиране, стабилност и здравина.
Обикновена тъкан
Обикновеното тъкане е най-основният модел. Всеки теглич минава над едно и под едно. Това води до тясна, хоризонтална организация. Има мощен кросоувър между двете под прав ъгъл.
Ъгълът на кримпване е голям. Това означава, че влакната ще се огъват по-далеч при всяко пресичане. Това осигурява стабилност за сметка на якостта на опън. Това също така прави тъканта по-трудна за падане върху извивки.
Равното тъкане е устойчиво на форма. Това го прави подходящ за плоски части или основни форми. Той подпомага потока на смолата и ориентацията на влакната. Въпреки това, когато не се борави внимателно, той може да се набръчка върху сложна повърхност.
кепър тъкане
Диагонален модел се получава, когато се използва тъкане на кепър. Едната форма е кепър 2X2. Всяко теглене над две и под две. Това измества всяка пресечна точка по протежение на материала.
Нагъването на кепъра е по-ниско от обикновеното тъкане. Влакната не се огъват лесно и затова понасят натоварването. Зависва и пасва на по-сложни форми с по-малко гънки.
Тъкането може да се използва с видими карбонови части. Има гладка и отразяваща повърхност. Използва се в рамки за велосипеди, панели за автомобили и обтекатели. Кепърът също така осигурява превъзходно покритие и форма в сравнение с формованите извити форми.
Сатенено тъкане
Сатенените тъкани имат дълги пътища на плувката. В сатен с 5 сбруи всяка кълчища минава през 4 и под 1. Това произвежда гладка тъкан с много ниска нагънатост.
Влакната остават по-добре ориентирани. Това подобрява течливостта и здравината на смолата. Сатенът виси и драпира добре, за да създаде лесна-оформена, извита или дълбока форма.
Често се прилага там, където външният вид и качеството на повърхността са важни. Сатенът обаче е по-нестабилен. По време на обработка тегличите подлежат на смяна. Освен това трябва да бъде плътно поставен, за да се предотврати неправилно подравняване или изкривяване на влакната.
Специализирани тъкани и хибридни тъкани
Други тъкани смесват влакна. Това са хибридни тъкани, например въглерод и арамид могат да се комбинират в тъкане. Това осигурява комбинация от твърдост и абсорбция на удари.
Не-стандартни оформления се използват върху други тъкани. Плетенето на кошници се прави с дебели кълчища в квадратен стил. Двуосните тъкани ориентират кълчищата в две посоки на тъканите. Триаксиалните и четириаксиалните тъкани използват три- и четири-ъгълни влакна.
Тези модели минимизират броя на слоевете и ускоряват слагането. Те се намират в структурни панели, лодки и вятърни перки. Всички те са подравнени с пътеките на натоварване на детайла. Колкото по-малко слоеве имаме, толкова по-бързо могат да бъдат произведени стоките и толкова по-малко грешки.
Влияние на тъкането върху механичните характеристики
Подравняване на влакната и пътища на натоварване
Влакното е подравнено по модела на тъкане. Натоварванията на опън могат лесно да се пренасят от прави влакна. Допълнителното нагъване причинява огъване на влакната, което намалява якостта на опън. Малките тъкани имат добро огъване на влакната и предлагат стабилна тъкан за поставяне. Колкото по-рехаво е тъкането, толкова по-голямо е подравняването на влакната и здравината. Този баланс се определя от геометрията на частите и изискванията.
Твърдост и здравина в-равнина
Тъканите с гладко тъкане имат правилна-коравина в равнината. Пресичанията им едно с друго са многобройни и предизвикват триене. Това повишава-устойчивостта на срязване в равнина. Тъкането на кепър и сатен минимизира нагъването на влакното, така че да могат да се постигнат подобрени свойства на опън. Те са ефективни на места, които имат извити или трудни форми на части. Тъканите се избират от дизайнерите, за да отговарят на изискванията за твърдост и лекота на формоване.
Якост на срязване и разслояване
Точките на пресичане на сплитане влияят на интерламинарната якост на срязване. Повечето кросоувъри в обикновени тъкани причиняват високо триене и устойчивост на разслояване. При сатенените тъкани има по-малко кросоувъри и те могат да се възползват от допълнително заздравяване на смола. При липсата му сатенените тъкани са склонни да се разслояват при срязване. Избягването на разслояване зависи от правилния избор на смола и подреждането на слоевете.
Живот при умора и-експлоатационни натоварвания
Характеристиките на умора при циклични натоварвания се влияят от избора на тъкане. Развитието на пукнатини и повредата поради добре-подравнени влакна се забавят. Многоаксиалните и хибридни тъкани разделят напреженията, които са в повече посоки. Това минимизира вредата от умората и подобрява живота. Симулациите помагат на инженерите да проектират модели на тъкане на очакваните динамични натоварвания. Тази оптимизация увеличава експлоатационния живот на композитната част.
Техники за създаване на тъкани от въглеродни влакна
Производството на плат от въглеродни влакна е старателна, ръчна задача. Започва със сурови въглеродни влакна и съществува като плат във форма, готова за оформяне. Всяка стъпка от процеса влияе върху здравината и начина, по който тъканта се представя по време на производствения процес.
Трябва да имате силно управление на напрежението и разстоянието на влакната. Механичните свойства на тъканта се оформят от модела на тъкане. Сръчните оператори работят със специализиран стан, за да гарантират, че влакната остават в естествената си подредба и неповредени. Те се прилагат в предизвикателни индустрии като аерокосмически и моторни спортове.
Производство и подготовка на влакна
Прекурсорите са полимерни нишки, които идват под формата на въглеродни влакна. Загряват се постепенно на въздух и бързо в пещ без кислород. Това ги превръща в тънки, здрави нишки от въглерод. Тази стъпка влияе върху качеството на твърдостта и здравината на влакната.
Когато карбонизираните влакна се отлагат с тънко покритие. Това ги покрива и помага на смолата да залепне по-късно. Влакната се събират в тези групи или кълчища, като кълчищата варират по дебелина. Размерът на теглича променя теглото и здравината на тъканта.
Процес на тъкане и машини
Пакетите се подават към тъкачни машини, които обръщат голямо внимание на напрежението. Влакната са изтъкани във форми чрез - и преминаване едно през друго. Дизайнът варира според приложението на крайния материал - някои трябва да са твърди, а други трябва да са гъвкави.
По-модерните станове могат да използват въздушни струи за задвижване на снопове, принуждавайки ги да преминават през стана много по-бързо. Машините също правят ширината и дължината на тъканта еднакви. Тази точност поддържа подравняването на влакната, което е критично за производителността.
Довършване на тъкани и нанасяне на смола
Тъканата може да се продава като суха или с вече направена импрегнация със смола (препрег). Сухият текстил изисква добавянето на смола да се извърши по-късно по време на формоването. Препрег платът е плат, върху който е нанесена смола и това е направено при прецизни температурни условия.
Предварително импрегнираните материали са лепкави, поради което подреждането и манипулирането са лесни. Това помага за поддържане на слоевете тъкан и минимизиране на порьозността на завършената част. Препрегите осигуряват армиращи композити, които са по-здрави и еднородни.
Обработки след-тъкане
След това тъканта може да бъде термично-обработена, за да се стабилизира тъканта. Това ще спре да се свива или изкривява след това. Други видове тъкани са покрити, за да се предотврати повреда на влакната или да се подобри закрепването.
Понякога тъканите се изрязват по форма преди части. Това спестява отпадъци и ускорява производството. Тези довършителни процеси карат тъканта да се държи добре в процеса на формоване и да не се появяват дефекти в крайната част.
Избор на тъкани от въглеродни влакна за производство
Изборът на тъканта от въглеродни влакна е просто въпрос на привеждане в съответствие на поведението на тъканта с формата и употребата на частта. Желаете тъкане, което ще пасне на вашия калъп и ще осигури здравина, без да изглежда набръчкано. Неподходящият материал усложнява монтажа и прави крайния продукт слаб.
Всяка тъкан е различна за работа. Други се сгъват и разтягат лесно, а трети имат известни трудности при сгъване и остават изправени. С този вид разбиране на различията им предварително, вие избягвате да губите време и да правите големи разходи.
Колко добре се оформя тъканта
По-добри извивки и падания на кепър и сатенени тъкани. Те ви позволяват да поставите плат върху тесни ъгли, без да се деформира. Сатенът поддържа влакната на повърхността по-дълго и това е полезно при сложни криви. Това са вашите най-добри опции, ако вашата част съдържа остри завои или сложни форми.
Обикновената тъкан е по-трудна за работа с тесни форми. След това влакната пресичат всички останали кълчища, смазвайки тъканта по-твърдо. Може да се окажете с бръчки или с неправилно подравнени влакна. Големи площи от обикновена тъкан върху основно плоски или леко извити панели.
Посока на якост и натоварване
Има допълнителни извивки на влакната в обикновената тъкан, намаляващи якостта при опън. Той обаче слепва влакната. Това помага на частите да избегнат разслояване. Тъкането на кепър или сатен е по-подходящо за части, които са предимно натоварени на напрежение. Те поддържат влакната в по-прав и по-здрав режим.
Обикновената тъкан може да оцелее по-добре, в случай че вашата част е подложена на удар или натоварване при огъване. Има по-добро сцепление със смолата, което го прави по-добър срещу разслояване. Изберете тъкането в зависимост от основните сили, които трябва да бъдат упражнени от ваша страна.
Поток и обработка на смола
Тъканите с обикновена тъкан от плътна обикновена тъкан възпрепятстват потока на смола. Това може да улови въздушни джобове при вливане. Това ще изисква деликатна работа с вакуум и налягане, за да се избегнат празнини. Сатенът и по-хлабавите тъкани от кепър позволяват на смолата да абсорбира по-бързо, но абсорбира повече смола като цяло.
Това се улеснява от предварително импрегнирани тъкани, които вече имат смолата. Независимо от това, различните тъкани се втвърдяват по различен начин и изискват съответните температурни цикли. Чрез прилагане на подходяща тъкан към вашата смола и метод на втвърдяване, дефектите се намаляват и производството става по-бързо.
Практически разходи и скорост на производство
Сатененото тъкане отнема повече време-и е скъпо поради сложните пътища на влакната. Кепърът може да бъде изтъкан бързо и евтино, но е еластичен. Най-лесният за направа и най-евтиният е обикновената тъкан.
Кърпите, с които се работи лесно върху подреждането, минимизират брака. Когато вашият оператор има проблеми с оформянето на тъканта, може да се очаква време на цикъла и отпадъци. Избор на тъкане, с което вашият екип ще може да работи и което ефективно спестява пари за всяка част.
Често срещани предизвикателства при работа с тъкани от въглеродни влакна
Платовете от въглеродни влакна имат някои общи проблеми. Те влияят на здравината на частта (и тя също може да изглежда добре), както и на скоростта на производство. Познаването на това ще ви спести от скъпи грешки и ревизии.
Много проблеми могат да се обяснят с поведението на тъканта при обработка и втвърдяване. Моделът на тъкането понякога определя сложността. Основните предизвикателства, които вероятно ще срещнете, са изброени по-долу.
Набръчкване/изкривяване на влакна
Когато се опъне върху тесни извивки, тъканта от въглеродни влакна се набръчква. По-специално обикновената тъкан може лесно да се разтегне до такава степен, че да стане доста твърда. Бръчките отслабват частта и водят до неравномерно изтичане на смола.
За да сведете до минимум бръчките, трябва да можете да упражнявате строг контрол върху напрежението по време на подреждането. Изборът на тъкани може да помогне, тъй като тъканите от кепър или сатен могат по-лесно да се драпират. Възможно е също така да нарежете тъканта повече на парчета с размер- или да използвате персонализирани заготовки, за да разрешите проблемите с пасването със сложни форми.
Сухи петна от смола Празнини
Плътната тъкан, като обикновена тъкан, се противопоставя на изтичането на смола. Това може да улови въздух и да доведе до сухи зони или дупки в композита. Тези повреди отслабват и могат да доведат до преждевременна повреда.
Това може да се избегне чрез подходящ вакуум и бавно вливане на смола. По-отворените тъкани позволяват по-добро проникване на смола, но по-свободните могат да добавят съдържание на смола и да направят частите по-тежки. Препрегите намаляват този риск до степента, в която смолата вече е разпределена равномерно.
Разделяне на слоевете и разслояване
Разслояването се получава, когато слоевете загубят адхезия поради напрежение. Разслояване. Големият брой пресичания, включени в обикновената тъкан, повишава триенето и повишава устойчивостта. Тъкането на кепър и сатен (по-малко пресичане на краищата) може да бъде по-податливо.
Задължително е да се поддържа температурата и налягането на втвърдяване, за да се предотврати лошото залепване. Втвърдяването на смоли или включването на междинни материали също спомага за увеличаване на разслояването.
Проблеми с обработката и рязането на тъканите
Въглеродните влакна също са крехки и ще се протрият или счупят, когато се борави грубо. Ролките с големи дължини плат са тромави и биха унищожили влакната в процеса на преместване. Интензивните и тъпи ножове увреждат влакното.
Подгответе-качествени и остри инструменти. Рязане: Поставете тъканта хоризонтално и не дърпайте кълчищата. Обучението на служителите как да се грижат за тъканите елиминира отпадъците и дефектите.
Резюме на статията
Тази статия обхваща ключови аспекти на тъканите от въглеродни влакна, от тяхното производство до общи предизвикателства и критерии за избор.
Тъкани от въглеродни влакна: Как въглеродните влакна образуват тъкан.
Модели на тъкане: Типове като обикновен, кепър и сатен.
Производствени техники: подготовка на влакна, тъкане, довършителни стъпки.
Избор на тъкане: Избор на тъкан за форма и здравина.
Често срещани предизвикателства: бръчки, кухини от смола, разслояване.
Съвети за работа: Правилна грижа за избягване на дефекти.
