Carbon Fiber 101: Κατανόηση υφαντών και υφασμάτων

Αφού κατασκευαστεί και διαμορφωθεί η ίνα άνθρακα, συχνά υφαίνεται σε ύφασμα. Για να αρχίσουν να φτιάχνουν υφάσματα, οι κατασκευαστές δημιουργούν δέσμες από ίνες άνθρακα που ονομάζονται ρυμουλκούμενα. Τα ρυμουλκά ταξινομούνται με βάση την περιεκτικότητά τους σε ίνες ή νήματα και αναφέρονται συνήθως ως 3k, 6k, 12k και 15k. Το k σημαίνει "χιλιάδες", υποδεικνύοντας ότι ένα συρματόσχοινο 3k αποτελείται από 3,000 νήματα άνθρακα. Δεδομένου ότι ένα μόνο σκέλος ανθρακονήματος έχει πάχος μόνο περίπου 5-10 μικρών, ένα ρυμουλκούμενο 3k έχει πάχος μόνο περίπου 0,125 ίντσες περίπου. Μια ρυμούλκηση 6k είναι περίπου δύο φορές πιο παχύ από μια ρυμούλκηση 3k, τέσσερις φορές πιο παχιά από μια ρυμούλκηση 12k και ούτω καθεξής. Η μεγάλη ποσότητα ισχυρών ανθρακονημάτων σε έναν τόσο συμπαγή χώρο δίνει στο υλικό απίστευτη αντοχή.

πλεξούδα από ανθρακονήματα
Καρούλια από ανθρακονήματα υφαίνονται σε ύφασμα σε έναν αργαλειό. Οι πιο διαδεδομένες πλέξεις είναι η απλή ύφανση, η ύφανση με δίχτυα και η ύφανση σε σχάρα.

Το ύφασμα απλής ύφανσης ή ύφασμα 1x1 από ανθρακονήματα είναι συμμετρικό και μοιάζει με σκακιέρα. Τα ρυμουλκά είναι υφασμένα σε ένα σχέδιο πάνω/κάτω, παρέχοντας εξαιρετικά σταθερές, σφιχτά συνυφασμένες ίνες. Η σταθερότητα του υφάσματος αναφέρεται στην ικανότητα ενός υλικού να διατηρεί τον προσανατολισμό της ίνας και τη γωνία ύφανσής του. Λόγω της υψηλής σταθερότητας του υφάσματος, το απλό ύφασμα από ανθρακονήματα είναι λιγότερο κατάλληλο για περίπλοκα περιγράμματα καθώς δεν είναι ιδιαίτερα εύκαμπτο. Ωστόσο, είναι πιο εύκολο στο χειρισμό και δεν προκαλεί παραμόρφωση του υφάσματος. Ως εκ τούτου, είναι ιδανικό για επίπεδα φύλλα, σωλήνες και 2D καμπύλες.

Η πτύχωση είναι η καμπυλότητα των μεμονωμένων ινών στην ύφανση και τα απλά υφάσματα από ανθρακονήματα έχουν μια τραχιά πτυχή λόγω της σφιχτής πλέξης των κλώνων του νήματος. Με την πάροδο του χρόνου, αυτή η σκληρή μπούκλα δημιουργεί σημεία άγχους που οδηγούν σε αδύναμες περιοχές.

Η ύφανση Twill, που αποτελείται από σχέδιο 2x2 ή 4x4, είναι ο πιο κοινός τύπος υφάσματος από ανθρακονήματα. Σε μια πλεξούδα 2x2, κάθε κλώνος περνάει πάνω από δύο κλώνους και στη συνέχεια κάτω από τα δύο σκέλη. Είναι λογικό, λοιπόν, ότι μια πλεξούδα 4x4 αποτελείται από κάθε ρυμούλκηση που διέρχεται από τέσσερις ρυμουλκούμενες και στη συνέχεια τέσσερις ακόμη ρυμουλκούμενες. Αυτή η πάνω/κάτω ύφανση δημιουργεί ένα ξεχωριστό διαγώνιο σχέδιο. Η απόσταση μεταξύ των πλεγμένων κλώνων σε μια ύφανση twill είναι μεγαλύτερη από ό, τι σε μια απλή ύφανση. Ως αποτέλεσμα, εμφανίζεται λιγότερη μπούκλα, μειώνοντας την πιθανότητα ανάπτυξης σημείων πίεσης.

Η ύφανση Twill είναι εύκαμπτη και μπορεί να σχηματίσει περίπλοκα περιγράμματα διατηρώντας παράλληλα καλή σταθερότητα. Πρέπει να χειριστείτε πιο προσεκτικά από την απλή ύφανση για να αποφευχθεί η αυξημένη παραμόρφωση του ιστού. Η ύφανση 4x4 σχηματίζεται πιο εύκολα από την ύφανση 2x2, αλλά το ύφασμα είναι επίσης λιγότερο σταθερό.

Η σατέν ύφανση έχει χρησιμοποιηθεί για χιλιάδες χρόνια για να δώσει στα μεταξωτά υφάσματα μια όμορφη κουρτίνα ενώ παράλληλα κάνει το ύφασμα λείο και χωρίς ραφές. Όταν χρησιμοποιούνται σε σύνθετα υλικά από ανθρακονήματα, τα σατέν πλέγματα μπορούν εύκολα να σχηματίσουν περίπλοκα περιγράμματα. Προφανώς, αυτό σημαίνει ότι η σταθερότητα της σατέν ύφανσης είναι επίσης χαμηλότερη από άλλες πλέξεις.

Οι πιο συνηθισμένες σατέν πλέξεις είναι σατέν με τέσσερις άκρες (4HS), σατέν με πέντε άκρες (5HS) και σατέν με οκτώ άκρες (8HS). Αυτός ο αριθμός αντιπροσωπεύει τον συνολικό αριθμό των ρυμουλκήσεων που πέρασαν και στη συνέχεια πέρασαν. Για παράδειγμα, ο ιστός 4HS έχει τρεις κλώνους νήματος που διέρχονται από αυτόν και στη συνέχεια ένας κλώνος νήματος που περνά μέσα από αυτόν. Με το 5HS διασταυρώνονται τέσσερα ρουλεμάν και μετά ένα από κάτω, ενώ με το 8HS διασταυρώνονται επτά και μετά ένα από κάτω. Όσο μεγαλύτερος είναι ο αριθμός σατέν πλέξης, τόσο καλύτερη είναι η μορφοποίηση, αλλά τόσο χειρότερη είναι η σταθερότητα.

Υπάρχουν πολλές άλλες μέθοδοι ύφανσης που χρησιμοποιούνται για τη δημιουργία υφασμάτων από ανθρακονήματα. Αυτά περιλαμβάνουν πλεξούδα ψαριού, άπλωμα ρυμούλκησης, πλεξούδα, πλεξούδα μονής κατεύθυνσης και προσαρμοσμένη πλεξούδα. Κάθε ύφανση περιέχει μοναδικές ιδιότητες που το καθιστούν ιδανικό για χρήση σε ορισμένα σχέδια, αλλά όχι καλή επιλογή για άλλα. Υπάρχουν πολλοί παράγοντες που πρέπει να ληφθούν υπόψη κατά τον προσδιορισμό της πλεξούδας από ανθρακονήματα που πρέπει να χρησιμοποιηθεί για την εκτέλεση μιας συγκεκριμένης λειτουργίας. Αυτοί οι παράγοντες περιλαμβάνουν τη δύναμη, τη μορφοποίηση, τη σταθερότητα και την καμπύλη. Οι κατασκευαστές ανθρακονημάτων είναι ειδικοί στο να γνωρίζουν ποιο ύφασμα πρέπει να χρησιμοποιηθεί για ποιο σχέδιο.