Hiilikuitukudokset: 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 saadaan lujia kuituja. Nämä kuidut tai filamentit niputetaan sitten yhteen touviksi, jotka tunnistetaan niiden sisältämien hiilifilamenttien lukumäärästä. Yleiset hinausluokat ovat 3k, 6k, 12k ja 15k. "k" tarkoittaa tuhatta, joten 3k-rouvi on tehty 3,000 hiililangasta. Tavallinen 3k-rouva on tyypillisesti 00,125" leveä, joten se pakata paljon kuitua pieneen tilaan. 6k-rouvissa on 6,000 hiilikuitua, 12k-rouvissa on 12,{{16 }} hiilifilamentit jne. Monet erittäin lujat kuidut niputettuina tekevät hiilikuidusta niin vahvan materiaalin.

Kudottu hiilikuitu
Hiilikuitu tulee yleensä kudotun kankaan muodossa, mikä helpottaa käsittelyä ja voi sovelluksesta riippuen antaa rakenteellista lujuutta lisää. Tämän seurauksena hiilikuitukankaita on monia erilaisia ​​kudoksia. Yleisimmät ovat kiinteä, toimikas ja nauhasatiini, ja tarkastelemme kutakin yksityiskohtaisemmin.

tavallinen kudos
Pelkästään kudotut hiilikuitupaneelit näyttävät symmetrisiltä, ​​ja niissä on pieni shakkitaulu. Tässä kudoksessa tohtimet on kudottu over/under -kuviolla. Lyhyt kudosten välinen etäisyys antaa sileälle kudokselle korkean stabiilisuuden. Kankaan vakaus on kankaan kykyä säilyttää kudontakulmansa ja kuitujen suuntaus. Tämän korkean stabiiliuden vuoksi sileä kudos ei sovellu monimutkaisiin muotoiltuihin asetteluihin, se ei ole yhtä joustava kuin jotkin muut kudokset. Yleisesti ottaen sileä kudos soveltuu tasaisille levyille, putkille ja kaksiulotteisille kaareville.

Eräs tämän kudoskuvion haittapuoli on karkea poimutus (kulma, jonka kuidut muodostavat kudottaessa, katso alla) touvessa, koska kudosten välinen etäisyys on lyhyt. Karkeat poimutukset luovat jännityskeskittymiä, jotka voivat heikentää osaa ajan myötä.

Twill kutoa
Twill toimii siltana tavallisen kudoksen ja satiinikudoksen välillä, josta keskustelemme seuraavaksi. Twill on riittävän joustava muodostamaan monimutkaisia ​​ääriviivoja ja säilyttää kankaan vakauden paremmin kuin satula-satiinikudos, mutta ei yhtä hyvä kuin pelkkä kudos. Jos seuraat touvaa toimikkaassa, se kulkee tietyn määrän köysiä läpi ja sitten saman määrän touvia. Yllä/alla oleva kuvio luo diagonaalisen nuolenpään, joka tunnetaan nimellä "diagonaaliviiva". Pidempi etäisyys touvien kudosten välillä tarkoittaa vähemmän poimutusta ja pienempiä mahdollisia jännityskeskittymiä verrattuna tavalliseen sidontaan.

2 × 2 Twilliä

4 × 4 Twill
2×2 Twill on luultavasti alan tunnetuin hiilikuitukangas. Sitä käytetään monissa kosmeettisissa ja koristeellisissa sovelluksissa, mutta se on myös erittäin toimiva, sillä on sekä kohtalainen muovattavuus että kohtalainen stabiilisuus. Kuten 2×2:n nimestä voi päätellä, jokainen hinaus kulkee 2 touvin läpi ja sitten 2 touvin läpi. Samoin 4 × 4 -toimikas kulkee 4 touvin läpi ja sitten 4 touvin läpi. Se on hieman muovattavampi kuin 2×2 toimikas, koska kudos ei ole niin tiukka, mutta se on myös vähemmän vakaa.

Valjaat Satin Weave
Satiinikudos kehitettiin tuhansia vuosia sitten luomaan silkkikankaita, joissa on erinomainen verhoilu samalla, kun ne näyttävät sileiltä ja saumattomilta. Komposiiteilla tämä verhoilu tarkoittaa, että se voi muodostaa ja kietoa monimutkaiset ääriviivat helposti. Tämän kankaan hyvän muovattavuuden vuoksi sillä odotetaan olevan alhainen stabiilisuus. Yleisimmät kudokset ovat nelivihre (4HS), viisivihre (5HS) ja kahdeksanpuoleinen (8HS). Satiinikudosten määrän kasvaessa muovattavuus paranee ja kankaan vakaus heikkenee.

4HS

5HS

8HS

Valjaat Satin nimessä oleva numero ilmaisee ohitettujen hinausten kokonaismäärän. 4HS:ssä se on yli 3 hinausta ja sitten alle 1 hinauksen. 5HS:lle se on yli 4 hinausta, sitten alle 1 hinauksen ja 8HS:lle yli 7 hinausta sitten alle 1 hinauksen.

Spread Tow vs. Standard Tow
Levitetyt hinausmateriaalit voivat olla hyvä kompromissi yksisuuntaisten materiaalien ja tavallisten kudottujen materiaalien välillä. Kun kuitutouveja kudotaan ylös ja alas kankaaksi, vahvuus heikkenee touvissa olevien poimujen vuoksi. Kun lisäät filamenttien määrää vakiorouvissa, esimerkiksi 3 kilometristä 6 kilometriin, köysi tulee suuremmaksi (paksummaksi) ja puristuskulmasta tulee terävämpi. Yksi tapa välttää tämä on levittää filamentit leveämmiksi touviksi, joka tunnetaan nimellä levitetyt touvit, jolla on useita etuja.

Levitetyt köydet tarjoavat pienemmän puristuskulman kuin tavalliset hinauspunokset ja voivat vähentää risteysvirheitä lisäämällä sileyttä. Pienemmät puristuskulmat johtavat suurempaan lujuuteen. Levitettävät hinausmateriaalit ovat myös helpompia työstää kuin yksisuuntaiset materiaalit ja niillä on silti melko hyvä kuituvedon esto.

Levitä tavallinen hinaaja

Levitä köysi toimikaskudosta
yksisuuntainen
Kuten nimestä voi päätellä, uni tarkoittaa yhtä, ja kaikki kuidut ovat samaan suuntaan. Tämä tarjoaa suuria lujuusetuja yksisuuntaisille (UD) kankaille. UD-kangas ei ole kudottu eikä siinä ole poimutettuja yhteenkudottuja kuituja, jotka heikentäisivät rakennetta. Sen sijaan jatkuvat kuidut lisäävät lujuutta ja jäykkyyttä. Toinen etu on kyky mukauttaa pinoa siten, että suorituskykyominaisuuksia voidaan hallita paremmin. Polkupyörän runko on loistava esimerkki siitä, kuinka UD-kankaita voidaan käyttää suorituskyvyn virittämiseen. Rungon tulee olla jäykkä alatuen alueella kuljettajan voiman siirtämiseksi pyörille, mutta sen on myös oltava mukautuva ja joustava, jotta se ei kuormita ajajaa. UD-materiaaleilla voit valita kuitujen tarkan suunnan halutun lujuuden saavuttamiseksi.

UD:n suuri haitta on sen ohjattavuus. UD hajoaa helposti asennuksen aikana, koska siinä ei ole lomitettuja kuituja, jotka pitävät sitä yhdessä. Jos kuidut on asetettu väärin, on lähes mahdotonta suunnata niitä uudelleen oikein. Myös UD-kankaista valmistetut koneistetut osat voivat aiheuttaa ongelmia. Jos kuituja vedetään ylös kohdasta, jossa piirre on leikattu, ne irralliset kuidut vedetään ylös koko osan läpi. Tyypillisesti, jos UD-materiaali valitaan ladattaviksi, ensimmäisessä ja viimeisessä kerroksessa käytetään kudottu materiaalikerrosta prosessoitavuuden ja osien kestävyyden parantamiseksi. Tätä harrastajat droonikehykset tekevät aina raketin osien tuotantoon asti.