Vezave iz ogljikovih vlaken so bistvenega pomena pri proizvodnji kompozitov. Nastanejo s prepletanjem ogljikovih filamentov v posebne vzorce. Vsak snop vlaken, imenovan predivo, vključuje na tisoče filamentov. Običajne velikosti vleke vključujejo 3000 funtov, 6000 funtov, 12.000 funtov in 24.000 funtov. Vzorec tkanja nadzoruje, kako se ti predki križajo. To neposredno vpliva na trdnost, draperijo in površinsko obdelavo tkanine.
V proizvodnji se mora tkanje ujemati z geometrijo in postopkom dela. Pletene vezave so tesne in stabilne, vendar jih je težje oblikovati. Keper in saten vezavi sta bolj prožni in se lažje ovijeta okoli krivulj. Med polaganjem tkanje vpliva na pretok in zbijanje smole. Prepreg tkanine se pogosto uporabljajo za točnost vsebnosti vlaken. Ti materiali se dobro obnesejo v napravah za avtoklav ali vakuumsko oblikovanje.
Inženirji izberejo tkanje na podlagi funkcije dela in poti napetosti. V letalstvu tkani laminati prenašajo visoke obremenitve v več smereh. Pri avtomobilih je poudarek na moči in nizki teži ob udarcu. Smer tkanja in zlaganje plasti sta simulirana pred izdelavo.
Kaj so vezavi iz ogljikovih vlaken?
Tkavine iz ogljikovih vlaken so visoko{0}}zmogljive ojačitve v sestavnih delih. Proizvajajo se s tkanjem karbonskih prediv, da se ustvarijo strukturirane oblike tekstila. Na tisoče neprekinjenih filamentov v vsakem pramenu je običajno debelih sedem mikronov. Tkanje ujame te pramene na toge poti, kar ustvarja predvidljivo in ponovljivo strukturo vlaken.
Poliakrilonitril je pogost začetni predhodnik za vlakna. Ti so stabilizirani, oksidirani in karbonizirani nad 1200 stopinjami Celzija. Ne-komponente ogljika se izgubijo s karbonizacijo v čiste ogljikove atome v kristalnih plasteh. To je nato površinsko-obdelano in prevlečeno z lepilom. Dimenzioniranje izboljša rokovanje in je bolj dovzeten za smolo.
Po obdelavi se filamenti sestavijo v snope, imenovane predivo, in jih položijo na tkalske statve. Napredne statve ohranjajo vlakna poravnana, dosledno napetost in razmik med predivo. Najbolj razširjeni dizajni so navaden, keper in saten z različnimi gubami in draperijami. Napetost se samodejno nadzoruje, da se zagotovi ravnost vlaken in omejitev mikro-napak. V tej fazi se nastavi mehanska zmogljivost končnega dela.
Dobavljene tkanine se lahko dostavijo suhe ali kot prepregi. Suhe tkanine se uporabljajo v proizvodnih postopkih, kot je vlivanje smole ali stiskanje. Prepregi so tiste smole, vstavljene med vlakna v nadzorovanih pogojih. To zagotavlja natančno razmerje med vlakni in smolo ter izboljša končno obdelavo površine. Tkanje vpliva na poti toka, utrjevalni tlak in zbijanje plasti med utrjevanjem.
Vzorci tkanja ogljikovih vlaken
Vezava ogljikovih vlaken je v vzorcih. Ti vzorci uravnavajo križanje vlaken. Vsi vplivajo na delovanje in izdelavo dela. Vezave izberejo inženirji glede na trdnost in obliko ter zahteve glede obdelave.
Tesna vezava bolje obdrži svojo obliko med polaganjem. Bolj ohlapno tkani materiali padejo v kalupe. Trend vpliva tudi na pretok smole, orientacijo vlaken in togost. Pravilna izbira je ključnega pomena za stabilnost procesa in delovanja.
Spodaj so povzete najpogostejše vrste tkanj, ki se uporabljajo v-delih z visoko zmogljivostjo. Vsi imajo različne vidike draperije, stabilnosti in moči.
Plain Weave
Ravno tkanje je najosnovnejši vzorec. Vsaka vleka gre čez eno in pod eno. To prinaša tesno, horizontalno organizacijo. Med obema pod pravim kotom je mogočen križanec.
Njegov nagibni kot je velik. To pomeni, da se bodo vlakna pri vsakem križanju bolj upognila. To prinaša stabilnost na račun natezne trdnosti. Zaradi tega tkanina tudi težje pade na ovinek.
Ravno tkanje je odporno na obliko. Zaradi tega je primeren za ravne dele ali osnovne kalupe. Pomaga pri pretoku smole in orientaciji vlaken. Če pa z njim ne ravnamo previdno, se lahko na zapleteni površini zguba.
Twill Weave
Pri uporabi keper vezave se pojavi diagonalni vzorec. Ena oblika je keper 2X2. Vsaka vleka nad dvema in pod dvema. To premakne vsako križišče vzdolž materiala.
Zvitost kepra je nižja od navadnega tkanja. Vlakna se ne upognejo zlahka in zato prenesejo obremenitev. Visi in se prilega bolj zapletenim oblikam z manjšo količino gub.
Tkanje se lahko uporablja z vidnimi ogljikovimi deli. Ima gladko in odsevno površino. Uporablja se v okvirjih koles, v avtomobilskih ploščah in v oblogah. Keper zagotavlja tudi vrhunsko končno obdelavo in obliko v primerjavi z oblikovanimi ukrivljenimi kalupi.
Saten Weave
Satenasto tkanje ima dolge poti plovca. Pri satenu s 5 pasovi gre vsak pramen čez 4 in pod 1. Tako nastane gladka tkanina z zelo malo gubami.
Vlakna ostanejo bolje usmerjena. To poveča pretok in moč smole. Saten lepo visi in se ovije, da ustvari enostavno-oblikovno, ukrivljeno ali globoko obliko.
Pogosto se uporablja tam, kjer sta pomembna videz in kakovost površine. Saten pa je bolj nestabilen. Med rokovanjem se vleke spreminjajo. Prav tako mora biti tesno položen, da se prepreči nepravilna poravnava ali popačenje vlaken.
Specializirane vezave in hibridne vezave
Druge tkane mešanice vlaken. To so hibridna tkanja, npr. karbon in aramid se lahko kombinirata v tkanju. To zagotavlja kombinacijo togosti in absorpcije udarcev.
Na drugih tkaninah se uporabljajo ne-standardne postavitve. Košare so narejene iz debelih prediv v kvadratnem slogu. Dvoosne tkanine usmerjajo predivo v dveh smereh tkanine. Triosne in kvadraksialne tkanine uporabljajo tri- in štiri-kotna vlakna.
Ti vzorci zmanjšajo število vložkov in pospešijo polaganje. Najdemo jih v strukturnih ploščah, čolnih in vetrnih lopaticah. Vsi so poravnani s potmi obremenitve dela. Manj plasti kot imamo, hitreje je mogoče blago izdelati in manj je napak.
Vpliv vezave na mehansko zmogljivost
Poravnava vlaken in poti obremenitve
Vlakna so poravnana z vzorcem tkanja. Ravna vlakna zlahka prenašajo natezne obremenitve. Dodatno zvijanje povzroči upogibanje vlaken, kar zmanjša natezno trdnost. Majhne tkanine imajo dobro upogibanje vlaken in nudijo stabilno tkanino za polaganje. Bolj ko je tkanje ohlapno, večja je poravnava vlaken in moč. To ravnotežje določajo geometrija delov in zahteve.
Togost in trdnost v-ravnini
Tkanine z ravnim tkanjem so enakomerne-togosti v ravnini. Njihova medsebojna križanja so številna in povzročajo trenje. To poveča -ravninski strižni upor. Vezavi kepra in satena zmanjšata zvitost vlaken, tako da je mogoče doseči izboljšane natezne lastnosti. Učinkoviti so na lokacijah z ukrivljenimi ali težavnimi oblikami delov. Oblikovalci izberejo vezave, ki ustrezajo lastnosti zahtevane togosti in enostavnosti oblikovanja.
Strižna trdnost in razslojevanje
Točke križanja tkanja vplivajo na interlaminarno strižno trdnost. Večina križanj v ravnih vezavah povzroča veliko trenje in odpornost proti razslojevanju. Pri satenastih tkanjih je manj križanj in imajo lahko koristi od dodatnega utrjevanja smole. Če tega ni, so satenske tkanine nagnjene k razslojevanju pod striženjem. Izogibanje razslojevanju je odvisno od pravilne izbire smole in zlaganja plasti.
Utrujalna življenjska doba in-obratovalne obremenitve
Na zmogljivost utrujanja pri cikličnih obremenitvah vpliva izbira vezave. Rast razpok in okvara zaradi dobro-poravnanih vlaken se ustavi. Večosne in hibridne vezave delijo napetosti, ki so v več smereh. To zmanjša škodo zaradi utrujenosti in izboljša življenje. Simulacije pomagajo inženirjem oblikovati vzorce tkanja pričakovanih dinamičnih obremenitev. Ta optimizacija poveča življenjsko dobo kompozitnega dela.
Tehnike izdelave prepletov iz ogljikovih vlaken
Proizvodnja blaga iz ogljikovih vlaken je mukotrpno, ročno opravilo. Začne se s surovimi ogljikovimi vlakni in obstaja kot tkanina v obliki, pripravljeni za oblikovanje. Vsak korak postopka vpliva na trdnost in na to, kako se tkanina obnese med proizvodnim procesom.
Imeti morate močno upravljanje napetosti in razmika vlaken. Mehanske lastnosti tkanine so oblikovane z vzorcem tkanja. Spretni operaterji delajo s posebnim statvam, da zagotovijo, da vlakna ostanejo v svoji naravni poravnavi in nepoškodovana. Uporabljajo se v zahtevnih panogah, kot sta vesoljska in motošport.
Proizvodnja in priprava vlaken
Prekurzorji so polimerne niti, ki so v obliki ogljikovih vlaken. Na zraku se segrejejo postopoma, v peči brez kisika pa hitro. Zaradi tega postanejo tanke, močne filamente ogljika. Ta korak vpliva na kakovost togosti in trdnosti vlaken.
Ko se karbonizirana vlakna nanesejo s tanko prevleko. To jih pokrije in pomaga, da se smola kasneje prilepi. Vlakna so zbrana v te skupine ali pramene, ki se razlikujejo po debelini. Velikost prediva spremeni težo in moč blaga.
Tkalski proces in stroji
Snopi se dovajajo v tkalske stroje, ki so zelo pozorni na napetost. Vlakna so tkana v oblikah tako, da potekajo nad- in pod njim. Zasnova se razlikuje glede na končno uporabo materiala - nekateri morajo biti togi, drugi pa upogljivi.
Sodobnejše statve lahko uporabljajo zračne curke za pogon snopov, ki jih silijo skozi statve veliko hitreje. Stroji izenačijo tudi širino in dolžino blaga. Ta natančnost podpira poravnavo vlaken, kar je ključnega pomena za delovanje.
Končna obdelava blaga in nanos smole
Tkanina se lahko prodaja kot suha ali že impregnirana s smolo (prepreg). Suh tekstil zahteva dodajanje smole pozneje med oblikovanjem. Prepreg tkanina je tkanina, na katero je bila nanesena smola, in to pod natančno določenimi temperaturnimi pogoji.
Prepregi so lepljivi, zato sta zlaganje in rokovanje enostavna. To pomaga pri ohranjanju plasti tkanine in zmanjšanju poroznosti na končnem delu. Prepregi zagotavljajo ojačitvene kompozite, ki so bolj robustni in enotni.
Obdelave po-tkanju
Tkanino lahko nato toplotno -obdelamo, da jo stabiliziramo. To se bo po tem prenehalo krčiti ali izkrivljati. Druge vrste tkanin so prevlečene, da preprečijo poškodbe vlaken ali izboljšajo pritrditev.
Včasih se blago razreže v obliko pred deli. To prihrani pri izgubi in pospeši proizvodnjo. Zaradi teh končnih postopkov se tkanina dobro obnaša v procesu oblikovanja in v končnem delu ne pride do napak.
Izbira tkanja ogljikovih vlaken za proizvodnjo
Izbira vezave ogljikovih vlaken je preprosto stvar prilagajanja obnašanja tkanine obliki in uporabi dela. Želite tkanje, ki bi se prilegalo vašemu kalupu in zagotavljalo trdnost, ne da bi bilo videti nagubano. Neustrezen material oteži polaganje in naredi končni izdelek šibak.
Delo z vsakim tkanjem je drugačno. Drugi se zlahka zložijo in raztegnejo, drugi pa imajo nekaj težav pri zlaganju in ostanejo pokonci. S takšnim vnaprejšnjim razumevanjem njihovih razlik se izognete porabi časa in velikim stroškom predelav.
Kako dobro se oblikuje tkanina
Boljše krivulje in padci keperja in satena. Omogočajo vam, da tkanino položite čez tesne vogale brez upogibanja. Saten dlje časa ohranja vlakna na površju, kar je uporabno pri sestavljenih krivuljah. To so vaše najboljše možnosti, če vaš del vsebuje ostre zavoje ali sestavljene oblike.
Z navadnim tkanjem je težje delati s tesnimi oblikami. Vlakna nato prečkajo vse druge pramene in tkanino še bolj naoljijo. Končate lahko z gubami ali z nepravilno poravnanimi vlakni. Velike površine gladkega tkanja na v bistvu ravnih ali rahlo ukrivljenih ploščah.
Smer trdnosti in obremenitve
Pri navadnem tkanju so vlakna dodatna zavoja, kar zmanjša trdnost pod napetostjo. Vendar zlepi vlakna skupaj. To pomaga delom, da se izognejo razslojevanju. Na delih, ki so pretežno obremenjeni na napetost, so bolj primerne keper ali satenaste vezave. Ohranjajo vlakna v bolj ravnem in močnejšem načinu.
Ravno tkanje lahko bolje preživi, če je vaš del izpostavljen udarcem ali upogibnim obremenitvam. Ima boljši oprijem na smolo, zaradi česar je boljši proti razslojevanju. Izberite tkanje glede na glavne sile, ki bodo delovale z vaše strani.
Pretok in predelava smole
Tkanine s platno tkanjem iz tesnega platna ovirajo pretok smole. To lahko pri infundiranju zajame zračne žepe. To bo zahtevalo občutljivo ravnanje z vakuumom in pritiskom, da se izognete prazninam. Satenasta in ohlapna keper vezava omogočata hitrejše vpijanje smole, vendar kot celota absorbira več smole.
To poenostavljajo prepreg tkanine, ki že vsebujejo smolo. Kljub temu se različna tkanja strjujejo različno in zahtevajo ustrezne temperaturne cikle. Z uporabo ustreznega tkanja na vaši smoli in metodo strjevanja se napake zmanjšajo in proizvodnja postane hitrejša.
Praktični stroški in hitrost izdelave
Satenasto tkanje je zamudnejše-in dražje zaradi zapletenih poti vlaken. Keper je mogoče tkati hitro in poceni, a hkrati prožen. Najenostavnejša za izdelavo in najcenejša je navadna vezava.
Krpe, s katerimi je enostavno delati na polaganju, zmanjšajo ostanke. Ko ima vaš operater težave pri oblikovanju tkanine, lahko pričakujete čase ciklov in odpadke. Izbira tkanja, s katerim bo vaša ekipa lahko delala in ki učinkovito prihrani denar na vsakem delu.
Pogosti izzivi pri delu s tkanji iz ogljikovih vlaken
Tkanine iz ogljikovih vlaken imajo nekaj pogostih težav. Ti vplivajo na trdnost dela (in lahko tudi dobro izgleda), kot tudi na stopnjo proizvodnje. Poznavanje teh bi vas prihranilo pred dragimi napakami in popravki.
Veliko težav je mogoče razložiti z obnašanjem tkanine pri rokovanju in strjevanju. Vzorec tkanja včasih določa kompleksnost. Ključni izzivi, s katerimi se boste verjetno srečali, so navedeni spodaj.
Gubanje/izkrivljanje vlaken
Tkanina iz ogljikovih vlaken se pri raztegovanju čez ozke ovinke zmečka. Zlasti navadno vezavo je mogoče zlahka raztegniti do te mere, da postane precej toga. Gube oslabijo del in povzročijo neenakomeren pretok smole.
Da bi čim bolj zmanjšali gube, morate biti sposobni izvajati strog nadzor nad napetostmi med polaganjem. Izbira tkanja je lahko v pomoč, saj je keper ali saten tkanje lažje pokrito. Prav tako je mogoče blago razrezati na koščke-velike kose ali uporabiti prilagojene surovce za reševanje težav s prileganjem zapletenih oblik.
Smola Suhe lise Praznine
Tesna vezava, kot je navadna vezava, se upira pretoku smole. To lahko zajame zrak in povzroči suha območja ali luknje v kompozitu. Te okvare oslabijo in lahko povzročijo prezgodnjo odpoved.
Temu se lahko izognemo z ustreznim vakuumom in počasnim vlivanjem smole. Bolj odprta tkanja omogočajo boljše prodiranje smole, ohlapnejša pa lahko dodajo vsebnost smole in naredijo dele težje. Prepregi zmanjšajo to tveganje do te mere, da je smola že enakomerno porazdeljena.
Ločevanje plasti in delaminacija
Do delaminacije pride, ko plasti izgubijo oprijem zaradi obremenitve. Delaminacija. Veliko število križanj, vključenih v navadno vezavo, poveča trenje in poveča odpornost. Tkanje keperja in satena (manj prekrižanja koncev) je lahko bolj dovzetno.
Nujno je treba vzdrževati temperaturo in tlak utrjevanja, da preprečimo slabo oprijemljivost. Utrjevanje smol ali vključevanje vmesnih materialov prav tako pomaga pri povečanju delaminacije.
Težave z ravnanjem s tkanino in rezanjem
Ogljikova vlakna so prav tako krhka in se ob ostrem ravnanju strgajo ali zlomijo. Zvitki velike dolžine blaga so okorni in bi uničili vlakna v procesu prestavljanja. Intenzivna in topa rezila poškodujejo vlakno.
Pripravite-kakovostno in ostro orodje. Rezanje: Tkanino položite ravno in ne vlecite za vrvice. Izobraževanje zaposlenih o tem, kako skrbeti za tkanine, odpravlja odpadke in napake.
Povzetek članka
Ta članek pokriva ključne vidike vezav iz ogljikovih vlaken, od njihove proizvodnje do pogostih izzivov in izbirnih meril.
Tkanje ogljikovih vlaken: Kako ogljikova vlakna tvorijo tkanino.
Vzorci vezave: Vrste, kot so navaden, keper in saten.
Tehnike izdelave: priprava vlaken, tkanje, zaključni koraki.
Izbira vezave: izbira tkanine glede na obliko in moč.
Pogosti izzivi: gube, smolne praznine, razslojevanje.
Nasveti za ravnanje: Ustrezna nega, da preprečite napake.
