Hiilikuitupunokset: mitä ne ovat ja miksi niitä käytetään

Jos olet koskaan miettinyt, miksi yksi hiilikuitupala saattaa näyttää erilaiselta kuin toinen, et ole yksin. Hiilikuitua on useissa eri kudoksissa, joista jokainen palvelee eri tarkoitusta, eikä se ole vain koristeellinen.

Hiilikuituja valmistetaan esiasteista, kuten polyakryylinitriilistä (PAN) ja viskoosista. Esikuidut käsitellään kemiallisesti, kuumennetaan ja venytetään, minkä jälkeen ne hiiltyvät, jolloin muodostuu lujia kuituja. Nämä kuidut tai filamentit niputetaan sitten yhteen ja tunnistetaan niiden sisältämien hiilifilamenttien lukumäärän perusteella. Yleiset vetoluokitukset ovat 3k, 6k, 12k ja 15k. "k" tarkoittaa tuhatta, joten 3k-rouvi on valmistettu 3,000 hiililangasta. Tavallinen 3k-hinaus on tyypillisesti 0,125 tuumaa leveä, joten se on paljon kuitua pienessä tilassa. 6k-rouvassa on 6,000 hiilikuitua, 12k-rouvissa 12,000 hiililankaa ja niin edelleen. Suuret määrät yhteen niputettuja lujia kuituja tekevät hiilikuidusta niin vahvan materiaalin.

 

hiilikuitukudos
Hiilikuitu tulee usein kudottujen kankaiden muodossa, mikä helpottaa käsittelyä ja voi tarjota rakenteelliselle lisälujuudelle sovelluksesta riippuen. Siksi hiilikuitukankaita voidaan kutoa monella eri tavalla. Yleisimmät ovat tavallinen, twill ja henkselit satiini, ja käsittelemme jokaisen materiaalin yksityiskohtaisesti.

tavallinen kudos
Tavallisilla hiilikuitulevyillä on symmetrinen ulkonäkö ja pieni shakkilaudan ulkonäkö. Tässä kudoksessa säikeet kudotaan yli/alle-kuviolla. Lyhyt kudosten välinen etäisyys antaa tavalliselle kudokselle korkean vakauden. Kankaan stabiilisuus viittaa kankaan kykyyn säilyttää kudontakulmansa ja kuitujen suuntaus. Tämän korkean vakauden ansiosta yksivärinen kudos ei sovellu monimutkaisten ääriviivojen asetteluihin, eikä se ole yhtä joustava kuin jotkut muut kankaat. Yleisesti ottaen pelkkä kudottu kangas soveltuu tasaisille levyille, putkille ja kaksiulotteisille kaareville.

Eräs tämän kudontakuvion haittapuoli on, että säikeissä esiintyy voimakasta poimutusta johtuen lomitusten välisestä lyhyestä etäisyydestä (kuidut muodostavat kulmat kudottaessa, katso alla). Kova puristus luo jännityskeskittymiä, jotka heikentävät osaa ajan myötä.

Twill kutoa
Twill on silta tavallisen kudoksen ja satiinikudonnan välillä, josta keskustelemme seuraavaksi. Twill-kankaalla on hyvä joustavuus ja se voi muodostaa monimutkaisia ​​muotoja. Se on huonompi kuin henkselit satiinikangas säilyttää kankaan vakauden, mutta ei niin hyvä kuin pelkkä kudottu kangas. Jos seuraat touvin säikeitä toimikaskudoksessa, se kulkee tietyn määrän touvia läpi ja sitten saman määrän touvia. Ylös/alas-kuvio luo diagonaalisen nuolen vaikutelman, jota kutsutaan "twill-viivaksi". Pidempi etäisyys lomiteltujen touvien välillä tarkoittaa vähemmän käpristymistä ja vähemmän mahdollisia jännityskeskittymiä verrattuna tavalliseen kudoskankaaseen.

2×2 toimikas on luultavasti alan tunnetuin hiilikuitukudos. Sitä käytetään monissa kosmeettisissa ja koristeellisissa sovelluksissa, mutta se on myös erittäin toimiva, siinä yhdistyy keskikokoinen muovattavuus ja keskivakavuus. Kuten 2 × 2 -nimi viittaa, jokainen touvi kulkee 2 touvin läpi ja sitten molempien touvien poikki. Samoin 4 × 4 -toimikas pujotetaan 4 touvin läpi ja sitten 4 touvin läpi. Se muodostaa hieman paremmin kuin 2×2 toimikas, koska kudos ei ole yhtä tiukka, mutta se on myös vähemmän vakaa.

valjaat satiinia
Satiinikudos suunniteltiin tuhansia vuosia sitten luomaan silkkikankaita, joissa on erinomainen verho ja samalla ne näyttävät sileiltä ja saumattomilta. Komposiiteilla tämä verhoilu tarkoittaa, että se voidaan helposti muodostaa ja kääriä monimutkaisten ääriviivojen ympärille. Koska tämä kangas on hyvin muotoiltavaa, sen stabiilisuuden odotetaan olevan alhainen. Yleisiä heddle-satiinikudoksia ovat 4-heddle-satiini (4HS), 5-heddle-satiini (5HS) ja 8-heddle-satiini (8HS). Kun satiinikudoksen määrä lisääntyy, muovattavuus paranee ja kankaan stabiilisuus heikkenee.

Levitetty hinaaja vs. vakiohinaus
Levitetyt hinausmateriaalit voivat olla hyvä kompromissi yksisuuntaisten materiaalien ja tavallisten punosmateriaalien välillä. Kun kuitulankoja kudotaan ylös ja alas kankaaksi, lujuus heikkenee säikeiden poimutuksen vuoksi. Kun lisäät filamenttien määrää vakiorouvissa (esim. 3k:sta 6k:aan), touvista tulee suurempi (paksumpi) ja käpristymiskulma karkeutuu. Yksi tapa välttää tämä on levittää filamentit leveämmiksi touviksi, tätä kutsutaan touvien levittämiseksi, ja tästä on useita etuja.

Rouvin levittäminen antaa pienemmän käpristymiskulman kuin tavallinen hinauspunos ja voi vähentää risteysvirheitä lisäämällä sileyttä. Pienempi puristuskulma johtaa suurempaan lujuuteen. Levitettävät hinausmateriaalit ovat myös helpompia työstää kuin yksisuuntaiset materiaalit ja silti estävät kuitujen vetäytymisen melko hyvin.

yksisuuntainen
Kuten nimestä voi päätellä, uni, joka tarkoittaa yhtä, kaikki kuidut on suunnattu samaan suuntaan. Tämä tarjoaa joitakin erittäin lujia etuja yksisuuntaisille (UD) kankaille. UD-kangas ei ole kudottu eikä siinä ole poimutettuja yhteenkudottuja kuituja, jotka heikentäisivät rakennetta. Sitä vastoin jatkuvat kuidut lisäävät lujuutta ja jäykkyyttä. Toinen etu on kyky mukauttaa asettelua siten, että suorituskykyominaisuuksia voidaan hallita paremmin. Polkupyörän rungot ovat loistava esimerkki siitä, kuinka UD-kankaita voidaan käyttää suorituskyvyn räätälöimiseen. Rungon alatukialueen tulee olla jäykkä kuljettajan voiman siirtämiseksi pyörille, mutta rungon on myös oltava joustava ja joustava, jotta ajaja ei vahingoitu. UD-materiaaleilla voit valita kuitujen tarkan suunnan saadaksesi tarvitsemasi lujuuden.

UD:n suuri haitta on sen ohjattavuus. UD voi helposti hajota asennuksen aikana, koska siinä ei ole yhteenkudottuja kuituja, jotka pitävät sitä yhdessä. Jos kuidut on asetettu väärin, on lähes mahdotonta ohjata niitä uudelleen oikein. Myös UD-kankaasta valmistetut koneistetut osat voivat aiheuttaa ongelmia. Jos jokin kuitu vetäytyy kohdasta, jossa piirre on leikattu, ne irralliset kuidut voivat vetää koko osan ylös. Tyypillisesti, jos laminointiin valitaan UD-materiaali, ensimmäisessä ja viimeisessä kerroksessa käytetään kudottu materiaalikerrosta työstettävyyden ja osien kestävyyden parantamiseksi. Tätä tehdään harrastajien droonien kehyksistä aina raketin osien tuotantoon asti.