Υφαντικές ίνες άνθρακα: Τι είναι και γιατί να τις χρησιμοποιήσετε

Αν έχετε αναρωτηθεί ποτέ γιατί ένα κομμάτι ανθρακονήματος μπορεί να φαίνεται διαφορετικό από ένα άλλο, δεν είστε οι μόνοι. Το ανθρακονήματα έρχεται σε πολλές διαφορετικές πλέξεις, το καθένα εξυπηρετεί διαφορετικό σκοπό και δεν είναι μόνο διακοσμητικό.

Οι ίνες άνθρακα κατασκευάζονται από πρόδρομες ουσίες όπως το πολυακρυλονιτρίλιο (PAN) και το ρεγιόν. Οι πρόδρομες ίνες υποβάλλονται σε χημική επεξεργασία, θερμαίνονται και τεντώνονται και στη συνέχεια ανθρακώνονται για να δημιουργηθούν ίνες υψηλής αντοχής. Αυτές οι ίνες, ή νήματα, στη συνέχεια δεσμεύονται μεταξύ τους για να σχηματίσουν ρυμουλκούμενα, τα οποία αναγνωρίζονται από τον αριθμό των νημάτων άνθρακα που περιέχουν. Οι συνήθεις κατηγορίες ρυμούλκησης είναι 3k, 6k, 12k και 15k. Το "k" σημαίνει χίλια, επομένως ένα σύρμα 3k αποτελείται από 3,000 νήματα άνθρακα. Μια τυπική ρυμούλκηση 3k έχει συνήθως πλάτος 0.125", επομένως συσκευάζει πολλές ίνες σε ένα μικρό χώρο. Ένα συρματόσχοινο 6k έχει 6,000 νημάτια άνθρακα, ένα ρυμουλκούμενο 12k έχει 12,{{16 }} νημάτια άνθρακα, και ούτω καθεξής. Πολλές ίνες υψηλής αντοχής συνδυασμένες είναι αυτές που κάνουν τις ίνες άνθρακα τόσο ισχυρό υλικό.

Υφαντό ανθρακονήματα
Το ανθρακονήματα έρχεται συνήθως με τη μορφή υφαντού υφάσματος, το οποίο διευκολύνει την εργασία και, ανάλογα με την εφαρμογή, μπορεί να προσφέρει πρόσθετη δομική αντοχή. Ως αποτέλεσμα, τα υφάσματα από ανθρακονήματα έρχονται σε πολλές διαφορετικές πλέξεις. Τα πιο συνηθισμένα είναι το μασίφ, το twill και το σατέν με κορδέλα και θα το δούμε το καθένα με περισσότερες λεπτομέρειες.

απλή ύφανση
Τα πάνελ από ανθρακονήματα απλής ύφανσης φαίνονται συμμετρικά, με μια μικρή εμφάνιση σκακιέρας. Σε αυτή την ύφανση, οι τούμπες υφαίνονται σε ένα σχέδιο πάνω/κάτω. Η μικρή απόσταση μεταξύ των υφαντών δίνει στην απλή ύφανση υψηλό βαθμό σταθερότητας. Η σταθερότητα του υφάσματος είναι η ικανότητα ενός υφάσματος να διατηρεί τη γωνία ύφανσής του και τον προσανατολισμό της ίνας. Λόγω αυτού του υψηλού επιπέδου σταθερότητας, η απλή ύφανση είναι λιγότερο κατάλληλη για περίπλοκα στρώσεις με περίγραμμα, δεν θα είναι τόσο εύκαμπτη όσο κάποιες άλλες πλέξεις. Σε γενικές γραμμές, η απλή ύφανση είναι κατάλληλη για επίπεδα φύλλα, σωλήνες και δισδιάστατες καμπύλες.

Ένα μειονέκτημα αυτού του σχεδίου ύφανσης είναι η τραχιά πτυχή (η γωνία που δημιουργούν οι ίνες κατά την ύφανση, βλέπε παρακάτω) στη ρυμούλκηση λόγω της μικρής απόστασης μεταξύ των πλέξεων. Οι τραχιές πτυχώσεις δημιουργούν συγκεντρώσεις στρες που μπορούν να αποδυναμώσουν το εξάρτημα με την πάροδο του χρόνου.

Twill ύφανση
Το Twill λειτουργεί ως γέφυρα μεταξύ της απλής και της σατέν ύφανσης που θα συζητήσουμε στη συνέχεια. Το Twill είναι αρκετά ευέλικτο ώστε να σχηματίζει περίπλοκα περιγράμματα και είναι καλύτερο στη διατήρηση της σταθερότητας του υφάσματος από το σατέν ύφανση της σέλας, αλλά όχι τόσο καλό όσο η απλή ύφανση. Εάν ακολουθείτε μια ρυμούλκηση σε twill, περνάει από έναν ορισμένο αριθμό ρυμουλκήσεων και μετά από τον ίδιο αριθμό ρυμουλκήσεων. Το παραπάνω/κάτω σχέδιο δημιουργεί μια διαγώνια εμφάνιση αιχμής βέλους γνωστή ως "διαγώνια γραμμή". Η μεγαλύτερη απόσταση μεταξύ των πλέξεων ρυμούλκησης σημαίνει λιγότερη πτύχωση και μικρότερη συγκέντρωση τάσης σε σύγκριση με μια απλή ύφανση.

2×2 Δίκλ

4×4 Δίκλ
Το 2×2 Twill είναι ίσως το πιο γνωστό ύφασμα από ανθρακονήματα στη βιομηχανία. Χρησιμοποιείται σε πολλές καλλυντικές και διακοσμητικές εφαρμογές, αλλά είναι επίσης εξαιρετικά λειτουργικό, έχει μέτρια μορφοποίηση και μέτρια σταθερότητα. Όπως υποδηλώνει το όνομα του 2×2, κάθε ρυμούλκηση θα περάσει από 2 ρυμουλκήσεις και μετά από 2 ρυμουλκήσεις. Ομοίως, ένα twill 4×4 θα περάσει από 4 ρυμουλκήσεις και μετά 4 ρυμουλκήσεις. Είναι ελαφρώς πιο διαμορφώσιμο από το 2×2 twill γιατί η ύφανση δεν είναι τόσο σφιχτή, αλλά είναι και λιγότερο σταθερή.

Σατέν ύφανση λουριού
Η σατέν ύφανση επινοήθηκε πριν από χιλιάδες χρόνια για να δημιουργήσει μεταξωτά υφάσματα που έχουν εξαιρετική κουρτίνα ενώ φαίνονται λεία και χωρίς ραφές. Για τα σύνθετα υλικά, αυτή η δυνατότητα πρόσφυσης σημαίνει ότι μπορεί να σχηματίσει και να τυλίξει πολύπλοκα περιγράμματα με ευκολία. Λόγω της υψηλής μορφοποίησης αυτού του υφάσματος, αναμένεται να έχει χαμηλή σταθερότητα. Οι κοινές πλέξεις είναι τετράκλινες (4HS), πεντάκελες (5HS) και οκτάβελονες (8HS). Καθώς ο αριθμός των υφαντών από σατέν αυξάνεται, η μορφοποίηση αυξάνεται ενώ η σταθερότητα του υφάσματος μειώνεται.

4ΥΣ

5ΥΣ

8ΥΣ

Ο αριθμός στο όνομα Harness Satin υποδεικνύει τον συνολικό αριθμό των ρυμουλκήσεων που έχουν περάσει. Για 4HS θα είναι πάνω από 3 ρυμουλκήσεις και μετά κάτω από 1 ρυμούλκηση. Για 5HS θα είναι πάνω από 4 ρυμουλκήσεις και μετά κάτω από 1 ρυμούλκηση και για 8HS θα είναι πάνω από 7 ρυμουλκήσεις και στη συνέχεια κάτω από 1 ρυμούλκηση.

Spread Tow εναντίον Standard Tow
Τα απλωμένα υλικά ρυμούλκησης μπορούν να αποτελέσουν έναν καλό συμβιβασμό μεταξύ της χρήσης υλικών μονής κατεύθυνσης και των τυπικών υφαντών υλικών. Όταν οι ράβδοι ινών υφαίνονται πάνω και κάτω για να σχηματίσουν ένα ύφασμα, η αντοχή μειώνεται λόγω των πτυχώσεων στα ρυμουλκά. Καθώς αυξάνετε τον αριθμό των νημάτων σε μια τυπική ρυμούλκηση, ας πούμε από 3k σε 6k, η ρυμούλκηση γίνεται μεγαλύτερη (παχύτερη) και η γωνία πτύχωσης γίνεται πιο έντονη. Ένας τρόπος για να αποφευχθεί αυτό είναι να απλώσετε τα νήματα σε πιο φαρδιά ρυμουλκούμενα, γνωστά ως ρυμουλκούμενα διασποράς, τα οποία έχουν πολλά οφέλη.

Οι ρυμουλκούμενες ρυμούλκησης παρέχουν μικρότερη γωνία πτυχής από τις τυπικές πλεξούδες ρυμούλκησης και μπορούν να μειώσουν τα ελαττώματα διασταύρωσης αυξάνοντας την ομαλότητα. Οι χαμηλότερες γωνίες πτυχής θα έχουν ως αποτέλεσμα μεγαλύτερη αντοχή. Τα διαστρωμένα υλικά ρυμούλκησης είναι επίσης ευκολότερα στην εργασία από τα υλικά μονής κατεύθυνσης και εξακολουθούν να έχουν αρκετά καλή αποτροπή έλξης ινών.

Διαδώστε σκέτο ρυμούλκηση

Απλώστε ύφανση twill
μονοκατευθυντική
Όπως υποδηλώνει το όνομα, uni σημαίνει ένα, και όλες οι ίνες έχουν την ίδια κατεύθυνση. Αυτό παρέχει ορισμένα πλεονεκτήματα υψηλής αντοχής σε υφάσματα μονής κατεύθυνσης (UD). Το ύφασμα UD δεν είναι υφαντό και δεν έχει πτυχωμένες συνυφασμένες ίνες που θα μπορούσαν να αποδυναμώσουν τη δομή. Αντίθετα, υπάρχουν συνεχείς ίνες που προσθέτουν αντοχή και ακαμψία. Ένα άλλο πλεονέκτημα είναι η δυνατότητα προσαρμογής του stackup με μεγαλύτερο έλεγχο των χαρακτηριστικών απόδοσης. Ένα πλαίσιο ποδηλάτου είναι ένα εξαιρετικό παράδειγμα του τρόπου με τον οποίο τα υφάσματα UD μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη ρύθμιση της απόδοσης. Το πλαίσιο πρέπει να είναι άκαμπτο στην περιοχή του κάτω βραχίονα για να μεταφέρει τη δύναμη του αναβάτη στους τροχούς, αλλά πρέπει επίσης να είναι συμβατό και ευέλικτο ώστε να μην κατακλύζει τον αναβάτη. Με τα υλικά UD, μπορείτε να επιλέξετε τον ακριβή προσανατολισμό των ινών για να επιτύχετε την επιθυμητή αντοχή.

Ένα σημαντικό μειονέκτημα του UD είναι η ευελιξία του. Το UD καταρρέει εύκολα κατά το layup επειδή δεν έχει πλεγμένες ίνες για να το συγκρατούν. Εάν οι ίνες τοποθετηθούν λανθασμένα, είναι σχεδόν αδύνατο να επαναπροσανατολιστούν σωστά ξανά. Τα κατεργασμένα εξαρτήματα από υφάσματα UD μπορούν επίσης να προκαλέσουν προβλήματα. Εάν τραβήξετε οποιεσδήποτε ίνες προς τα πάνω στο σημείο που κόπηκε το χαρακτηριστικό, αυτές οι χαλαρές ίνες θα τραβήξουν προς τα πάνω σε όλη τη διαδρομή του εξαρτήματος. Συνήθως, εάν επιλεγεί ένα υλικό UD για τοποθέτηση, χρησιμοποιείται ένα στρώμα υφαντού υλικού για το πρώτο και το τελευταίο στρώμα για να βελτιωθεί η δυνατότητα επεξεργασίας και η ανθεκτικότητα του εξαρτήματος. Αυτό κάνουν τα πλαίσια των χομπίστων drone μέχρι την παραγωγή εξαρτημάτων πυραύλων.