Oglekļa šķiedras bizes: kas tās ir un kāpēc tās tiek izmantotas

Ja esat kādreiz domājis, kāpēc viens oglekļa šķiedras gabals var izskatīties savādāk nekā otrs, jūs neesat viens. Oglekļa šķiedrai ir daudz dažādu audumu, katrs kalpo citam mērķim, un tas nav tikai dekoratīvs.

Oglekļa šķiedras ir izgatavotas no tādiem prekursoriem kā poliakrilnitrils (PAN) un viskozes. Prekursoru šķiedras tiek ķīmiski apstrādātas, karsētas un izstieptas, un pēc tam karbonizētas, veidojot augstas stiprības šķiedras. Pēc tam šīs šķiedras vai pavedieni tiek savienoti kopā un identificēti pēc tajos esošo oglekļa pavedienu skaita. Parastie tauvas vērtējumi ir 3k, 6k, 12k un 15k. "k" apzīmē tūkstoti, tāpēc 3k paku ir izgatavota no 3,000 oglekļa pavedieniem. Standarta 3k tauvas parasti ir 0,125 collas plats, tāpēc mazā vietā ir saspiests daudz šķiedras. 6 k pakulai ir 6,000 oglekļa pavedieni, 12 k pakulai ir 12,000 oglekļa pavedieni un tā tālāk. Liels daudzums augstas stiprības šķiedru, kas apvienotas kopā, padara oglekļa šķiedru par tik spēcīgu materiālu.

 

oglekļa šķiedras pinums
Oglekļa šķiedra bieži nāk audumu veidā, kas atvieglo darbu ar to un var nodrošināt papildu konstrukcijas izturību atkarībā no pielietojuma. Tāpēc oglekļa šķiedras audumus var aust dažādos veidos. Visizplatītākie ir vienkrāsains, sarža pinums un satīna bikšturi, un mēs detalizēti apskatīsim katru materiālu.

vienkāršā aušana
Vienkāršajām oglekļa šķiedras loksnēm ir simetrisks izskats ar nelielu šaha galdiņa izskatu. Šajā pinumā šķipsnas ir austas virs/apakš raksta veidā. Nelielais attālums starp savijumiem nodrošina vienkāršā pinuma augstu stabilitātes pakāpi. Auduma stabilitāte attiecas uz auduma spēju saglabāt aušanas leņķi un šķiedras orientāciju. Pateicoties augstajam stabilitātes līmenim, vienkāršā aušana ir mazāk piemērota izkārtojumiem ar sarežģītām kontūrām un nebūs tik elastīga kā daži citi audumi. Vispārīgi runājot, vienkāršs audums ir piemērots plakanām loksnēm, caurulēm un divdimensiju izliekumiem.

Viens no šī aušanas modeļa trūkumiem ir tas, ka šķipsnas ir ļoti saspiestas, jo ir mazs attālums starp savijumiem (leņķi, ko šķiedras veidojas aušanas laikā, skatīt zemāk). Spēcīga gofrēšana rada stresa koncentrāciju, kas laika gaitā vājina daļu.

Sarža pinums
Tvils ir tilts starp parasto un satīna pinumu, par ko mēs runāsim tālāk. Sarža audumam ir laba elastība un tas var veidot sarežģītas kontūras. Tas ir sliktāks par bikšturu satīna audumu, saglabājot auduma stabilitāti, bet ne tik labi kā vienkāršs audums. Ja jūs sekojat pakulas pavedieniem sarža pinumā, tas iet cauri noteiktam virvju skaitam un pēc tam pa tikpat daudz grīslu. Augšup/lejup raksts rada diagonālas bultiņas izskatu, ko sauc par "sarža līniju". Lielāks attālums starp savītām grīstām nozīmē mazāku krokošanos un mazāku potenciālo spriedzes koncentrāciju, salīdzinot ar vienkāršā pinuma audumiem.

2 × 2 sarža pinums, iespējams, ir vispazīstamākais oglekļa šķiedras pinums nozarē. To izmanto daudzos kosmētikas un dekoratīvos lietojumos, bet ir arī ļoti funkcionāls, tas apvieno vidēju formējamību ar vidēju stabilitāti. Kā norāda 2 × 2 nosaukums, katra pakulas šķērsos 2 pakulas un pēc tam šķērsos abas pakulas. Tāpat 4 × 4 sarža pinums tiks izvilkts cauri 4 grīstiem un pēc tam caur 4 grīstiem. Tas veido nedaudz labāk nekā 2 × 2 sarža pinums, jo pinums nav tik ciešs, taču tas ir arī mazāk stabils.

zirglietas satīns
Satīna pinums tika izstrādāts pirms tūkstošiem gadu, lai radītu zīda audumus ar izcilu pārklājumu, vienlaikus izskatot gludu un nevainojamu izskatu. Kompozītmateriāliem šī drapējamība nozīmē, ka to var viegli veidot un aptīt ap sarežģītām kontūrām. Tā kā šis audums ir ļoti formējams, paredzams, ka tā stabilitāte būs zema. Izplatītākie satīna audumi ir 4-heddle satīns (4HS), 5-heddle satīns (5HS) un 8-heddle satīns (8HS). Palielinoties satīna pinuma daudzumam, palielinās formējamība, savukārt auduma stabilitāte samazinās.

Izkliedētā tauva salīdzinājumā ar standarta tauvu
Izkliedējamie tauvas materiāli var būt labs kompromiss starp vienvirziena materiālu un standarta pīto materiālu izmantošanu. Kad šķiedru pavedieni tiek austi uz augšu un uz leju, lai izveidotu audumu, stiprība samazinās, jo pavedieni tiek saspiesti. Palielinot kvēldiegu skaitu standarta grīstē (piem., no 3k uz 6k), grīslis kļūst lielāks (biezāks) un krokojuma leņķis kļūst raupjāks. Viens no veidiem, kā no tā izvairīties, ir izkliedēt pavedienus platākās grīstēs. To sauc par pakulu izkliedēšanu, un tam ir vairākas priekšrocības.

Tauvas izkliedēšana nodrošina mazāku izliekuma leņķi nekā standarta tauvas pinums un var samazināt krosovera defektus, palielinot gludumu. Zemāks gofrēšanas leņķis radīs lielāku izturību. Ar izkliedējamiem tauvas materiāliem ir arī vieglāk strādāt nekā ar vienvirziena materiāliem, un tie joprojām nodrošina diezgan labu šķiedru uzvilkšanas novēršanu.

vienvirziena
Kā norāda nosaukums, uni, kas nozīmē vienu, visas šķiedras ir orientētas vienā virzienā. Tas nodrošina dažas augstas stiprības priekšrocības vienvirziena (UD) audumiem. UD audums nav austs, un tajā nav saspiestu šķiedru, kas vājinātu struktūru. Turpretī nepārtrauktas šķiedras palielina izturību un stingrību. Vēl viena priekšrocība ir iespēja pielāgot izkārtojumu, labāk kontrolējot veiktspējas raksturlielumus. Velosipēdu rāmji ir lielisks piemērs tam, kā UD audumus var izmantot, lai pielāgotu veiktspēju. Rāmja apakšējās kronšteina zonai jābūt stingrai, lai braucēja spēku pārnestu uz riteņiem, taču rāmim ir jābūt arī elastīgam un elastīgam, lai izvairītos no braucēja savainošanas. Izmantojot UD materiālus, jūs varat izvēlēties precīzu šķiedru virzienu, lai iegūtu nepieciešamo izturību.

Būtisks UD trūkums ir tā manevrētspēja. UD var viegli sabrukt ieklāšanas laikā, jo tai nav savītu šķiedru, kas to noturētu kopā. Ja šķiedras ir novietotas nepareizi, ir gandrīz neiespējami tās atkal pareizi novirzīt. Problēmas var radīt arī mehāniski apstrādātas detaļas, kas izgatavotas no UD auduma. Ja kādas šķiedras izvelkas vietā, kur tika nogriezts elements, šīs vaļīgās šķiedras var uzvilkt visu daļu. Parasti, ja laminēšanai tiek izvēlēts UD materiāls, pirmajam un pēdējam slānim tiks izmantots austa materiāla slānis, lai uzlabotu apstrādājamību un detaļu izturību. Tas tiek darīts no dronu rāmjiem hobijiem līdz pat raķešu detaļu ražošanai.