Што такое перапляценне вугляроднага валакна? Як гэта ўплывае на лісты з вугляроднага валакна?

Прадукцыйнасць пластыкавых лістоў, армаваных вугляродным валакном (CFRP), у значнай ступені залежыць ад перапляцення вугляроднага валакна. Розныя структуры пляцення ўплываюць на механічныя ўласцівасці ліста, анізатрапію, апрацоўваемасць і знешні выгляд. Далей тлумачацца распаўсюджаныя перапляценні, іх уплыў на ліставы матэрыял і найбольш часта выкарыстоўваюцца тыпы:

I. Распаўсюджаныя метады пляцення з вугляроднага валакна

Пляценне вугляроднага валакна па сутнасці ўключае ў сябе перапляценне пучкоў вугляроднага валакна (пражы) у тканіну па пэўным малюнку. Агульныя метады двухмернага пляцення ўключаюць:

1. Аднанакіраванае (UD) пляценне

Структурныя характарыстыкі: усе вугляродныя валокны размешчаны паралельна адно аднаму ў адным кірунку (напрыклад, 0°), без перакрыжавання. Яны замацоўваюцца толькі ў падоўжным (напрамку валокнаў) і папярочным (перпендыкулярным) напрамках невялікай колькасцю смалы або нарэзаных валокнаў.

Варыяцыі: у практычных прымяненнях гэта часта сустракаецца ў выглядзе "аднанакіраванага прэпрэга" (валакна, прасякнутыя смалой і выкладзеныя аднанакіравана). Яго можна ламінаваць аднанакіраванымі тканінамі ў іншых арыентацыях (напрыклад, 0°, 90° або ±45°), каб утварыць разнанакіраваныя кампазітныя структуры.

2. Палотнянае перапляценне

Структурныя характарыстыкі: гэта самае традыцыйнае двухмернае перапляценне з валокнамі, пераплеценымі па схеме "адзін уверх, адзін уніз". Кропкі перапляцення шчыльныя (кожнае валакно артаганальнае суседнім). Тыповая шчыльнасць - гэта колькасць нітак асновы і качка на сантыметр (напрыклад, 80-200/см). Тыповыя параметры: аснова (падоўжная) і ўточная (папярочная) ніткі чаргуюцца ўверх і ўніз, ствараючы клятчастую паверхню.

3. Саржавае перапляценне

Структурныя характарыстыкі: валакна пераплятаюцца па дыяганалі ў выглядзе «2 уверх, 1 уніз» або «3 уверх, 1 уніз». Кропкі перапляцення размешчаны на вялікай адлегласці, што прыводзіць да выразнага дыяганальнага ўзору (напрыклад, 45° або 30°).

Перавагі: мякчэй, чым палатнянае перапляценне, са зніжаным супраціўленнем слізгаценню валакна, што робіць яго прыдатным для фарміравання складаных выгнутых паверхняў.

4. Атласнае перапляценне

Структурныя характарыстыкі: валакна пераплятаюцца ў больш складаны ўзор (напрыклад, атлас з 5 і 8 перапляценняў). Кожнае валакно перасякаецца толькі з некалькімі іншымі валокнамі (напрыклад, у атласе з 5 перапляценнямі нітка асновы перасякаецца толькі адзін раз на кожныя пяць уточных нітак), што прыводзіць да вельмі мала кропак перапляцення.

Характарыстыкі: Гладкая паверхня, высокая бесперапыннасць валокнаў, але крыху ніжэйшая структурная стабільнасць.

5. 3D Пляценне (радзей выкарыстоўваецца для плоскіх панэляў)

Структурныя асаблівасці: некалькі слаёў валокнаў пераплятаюцца па ўсёй таўшчыні тканіны, утвараючы трохмерную сетку (напрыклад, артаганальныя і кутнія замкавыя структуры).

Абмежаванні прымянення: складаны працэс і высокі кошт. У асноўным выкарыстоўваецца для высокапрадукцыйных структурных кампанентаў (напрыклад, авіяцыйных нясучых кампанентаў), а не для звычайных пластыкавых лістоў.

II. Уплыў метаду пляцення на пластыкавыя лісты з вугляроднага валакна

Метад пляцення непасрэдна вызначае механічныя ўласцівасці, апрацоўваемасць і функцыянальнасць ліста з вугляроднага валакна. Канкрэтныя наступствы наступныя:

1. Механічныя ўласцівасці

Аднанакіраванае перапляценне: трываласць і модуль у напрамку валакна (падоўжным) вельмі высокія, але характарыстыкі ў папярочным напрамку (перпендыкулярна напрамку валакна) слабыя (у залежнасці ад склейвання смалы). Шматнакіраванае ламініраванне (напрыклад, 0°/90°) патрабуецца для балансавання анізатрапіі.

Палотнянае перапляценне: Артаганальнае перакрыжаванне абмяжоўвае даўжыню валакна (з-за абмежаванняў працэсу ткацтва), што прыводзіць да зніжэння аб'ёмнай долі валакна (прыкладна 40-50%). Агульная трываласць ніжэй, чым у аднанакіраванай тканіны, але папярочныя характарыстыкі лепш, а анізатрапія меншая.

Саржавае перапляценне: валакна слізгаюць больш свабодна, што палягчае ўстаноўку формы падчас фармоўкі. Аднак кропкі перапляцення выклікаюць лакалізаваную канцэнтрацыю напружання, што прыводзіць да крыху меншай трываласці, чым пры простым перапляценні. Дыяганальнае пляценне размяркоўвае частку нагрузкі, што прыводзіць да крыху лепшай агульнай трываласці.

Атласнае перапляценне: бесперапыннасць валакна выдатная (менш кропак перапляцення), а падоўжная трываласць падобная да аднанакіраванай. У той час як папярочны кірунак усё яшчэ слабейшы з-за адсутнасці шчыльнай папярочнай сувязі, паверхня больш гладкая, што робіць яе прыдатнай для прыкладанняў, якія патрабуюць высокай эстэтыкі.

2. Апрацоўка і фарміраванне

Аднанакіраваны: гнуткае напластаванне (можна ўкладваць пад любым вуглом), падыходзіць для індывідуальных канструкцый складаных нясучых канструкцый, але патрабуе дакладнага кантролю вуглоў міжслойнага пласта, каб пазбегнуць расслаення.

Звычайны/саржавы: выдатная агульная калянасць і ўстойлівасць да дэфармацыі падчас фармавання, што робіць яго прыдатным для масавай вытворчасці правільных формаў (напрыклад, плоскіх панэляў і абалонак). Аднак складаныя крывалінейныя паверхні патрабуюць папярэдняй фармоўкі.

Сацін: вельмі гнуткі, прыдатны для абкручвання складаных выгнутых паверхняў, але са слабым міжслойным злучэннем, што патрабуе дадатковай насычэнні смалой або апрацоўкі паверхні.

3. Знешні выгляд і функцыянальнасць

Простае перапляценне: тэкстура паверхні ярка выяўленая (у клетку), што надае ёй моцны прамысловы выгляд.

Саржа: больш мяккая дыяганальная тэкстура часта сустракаецца ў спажывецкіх таварах (напрыклад, у корпусах электронікі).

Сацін: люстраная гладкасць робіць яго прыдатным для высакакласных дэкаратыўных дэталяў (напрыклад, салонаў аўтамабіляў і ювелірных вырабаў).

CFRP Carbonfiber Reinforced Polymer Board

Ліст AHD з армаванага вугляродным валакном пластыка (CFRP) таксама называюць палімерным лістом, армаваным вугляродным валакном

III. Найбольш распаўсюджаныя спосабы пляцення

Аднанакіраванае пляценне (асабліва аднанакіраваны прэпрэг) з'яўляецца найбольш папулярным выбарам пластыкавых лістоў з вугляроднага валакна па наступных прычынах:

Магчымасць праектавання прадукцыйнасці: Дзякуючы рознанакіраванаму ламініраванні (напрыклад, камбінацыі 0°/90°/±45°), ён можа дакладна адпавядаць патрабаванням да нагрузкі ў розных напрамках (напрыклад, падоўжная трываласць для лопасцей ветравой турбіны, рознанакіраваная ўдаратрываласць для аўтамабільнага шасі).

Высокае выкарыстанне валакна: вугляродныя валокны ў аднанакіраваных тканінах практычна не выгінаюцца (зводзячы да мінімуму пашкоджанне валакна падчас пляцення), а аб'ёмная доля валакна можа дасягаць 60-70% (вышэй, чым 40-50% у палатняным/саржавым перапляценні). Механічныя ўласцівасці бліжэй да ўнутраных значэнняў вугляродных валокнаў.

Баланс эканамічнай эфектыўнасці: аднанакіраваныя тканіны маюць просты вытворчы працэс (патрабуецца толькі падоўжнага выраўноўвання валокнаў) і могуць быць разрэзаны па памеры падчас ламінавання, што робіць іх прыдатнымі для буйнамаштабнай прамысловай вытворчасці.

Наступным найбольш распаўсюджаным перапляценнем з'яўляецца гладкае/саржавае перапляценне, якое ў асноўным выкарыстоўваецца для прымянення, якое патрабуе высокай эстэтыкі або агульнай трываласці. З-за высокага кошту 3D-перапляценне выкарыстоўваецца толькі ў прылажэннях з асаблівай нагрузкай.

Рэзюмэ: поліэтыленавая плёнка з вугляроднага валакна ў асноўным даступная ў аднанакіраваным, простым і саржавым перапляценні. Аднанакіраванае перапляценне з'яўляецца найбольш часта выкарыстоўваным з-за яго дызайну і высокага выкарыстання валокнаў. Выбіраючы пляценне, улічвайце перавагі і недахопы кожнай структуры ў залежнасці ад вашых канкрэтных патрэбаў (напрыклад, трываласці, кірунку, вонкавага выгляду і кошту).

Чорны ліст з вугляроднага валакна AHD