Полотно определяет не только внешний вид получившегося карбона, но и его прочностные и технологические характеристики. От плетения и плотности углеполотна зависит и то, как легко и качественно можно выложить его в форме при заливке смолой.
Для получения оптимальной прочности, плотности и жесткости зачастую требуется послойное сочетание разных типов углеполотна. Чтобы лучше понимать эксплуатационные характеристики каждого вида плетения, попробуем пояснить, какими бывают самые популярные виды плетения полотна.
Виды плетений полотна
|
|
Полотно (Plane Weave, P) — cамый плотный вид плетения карбонового волокна, самый распространенный. Нити утка и основы переплетаются поочередно 1Х1. Высокая плотность позволяет избежать искажений фактуры, но в то же время такое плетение делает полотно менее пластичным и затрудняет выкладывание полотна в форму, требуя определенных навыков. |
|
|
Елочка (Twill, T) — саржевое плетение 2Х2, наиболее универсальное и распространенное полотно, используемое для тюнинга автомобилей. Нити утка и основы переплетаются через две нити. Этот тип ткани следует четкой диагональной схеме. Это делает ее более гибкой и рыхлой. Такое плетение прочнее, чем 1Х1, вопреки расхожему мнению. Тоже очень распространенный, универсальный тип плетения. Подходит для приобретения навыков работы с углеполотном. Ткань рыхлая и пластичная, с изотропией свойств, что позволяет легко подтянуть ее в нужном направлении. Однако это означает, что такое плетение нужно обрабатывать более осторожно, чем простое 1 × 1 плетение, так как легко получить просветы и искажение фактуры. |
|
|
Разновидность елочки, которая используется весьма редко. Очень пластичная структура для нестандартных решений. |
|
|
Сатин (Satin WEAVE, R) — наименее плотное и самое пластичное полотно. Рыхлость полотну придают особенности плетения: каждая нить утка и основы проходит над несколькими нитями утка или основы. При работе с этим типом полотна необходим определенный уровень навыков. |
|
|
Реже используется корзинное плетение — Leno, Basket Weave. Красивая фактура, но такое полотно сложно выложить без искажений рисунка. |
Схематически виды плетения карбонового полотна представлены на рисунке.
Правила выбора углеполотна
Выбор текстиля определяется назначением, способом планируемого использования карбона и выбранным способом получения углепластика. Его основными характеристиками являются:
- Плотность, масса на единицу площади г/м.кв,
- Линейная плотность, количество нитей на 1 см2 в каждом направлении,
- Число К, количество тысяч элементарных нитей углерода (цепочек) в одной нити. Наиболее распространено волокно с К3. Обычно К=6-12-24-48.
Для автотюнинга чаще всего используются полотна плотностью 150-600 г/м.куб с толщиной волокон 1-12К. А для велосипедных рам К3.
Большинство деталей и аксессуаров из углеродного волокна изготавливаются с использованием плетений «полотно» и «елочка». Другие типы плетения предназначены для особых запросов и назначений.
Стоит сказать еще об однонаправленном виде плетения — это когда волокна вытянуты в одном направлении (Unidirectional Carbon Weave) Этот вид переплетения скрепляется только случайными нитями из углерода или полиэстера, проходящими через волокна под углом 90 градусов. Этот вид углеродного волокна лучше всего использовать там, где силы прилагаются в одном направлении и требуется анизотропия свойств, например, в стрельбе из лука и стрелы.
Обратите внимание при выборе необходимых вам параметров на единицы измерения на китайских сайтах — это не метрическая система!
Технические характеристики карбоновых волокон
Для углеродных волокон основными механическими характеристиками являются предел прочности на растяжение σв, предел прочности на единицу объема, а также модуль упругости, определяющий эластичность и способность работать на изгиб.
Механические свойства сильно зависят от ориентации волокон, то есть они анизотропны, хотя в плетении Pane и Twill эффект анизотропии свойств проявляется меньше. Технические характеристики, как правило, приводятся для продольного направления.
Углеродные волокна обладают следующими механическими характеристиками по сравнению с армирующими металлическими, стекловолокном и полимерными волокнами.
|
Волокно (проволока) |
ρ, кг/ м³ |
Тпл, °C |
σB, МПа |
σB/ρ, МПа/кг*м-3 |
|
Алюминий |
2 687 |
660 |
620 |
2 300 |
|
Асбест |
2 493 |
1 521 |
1 380 |
5 500 |
|
Бериллий |
1 856 |
1 284 |
1 310 |
7 100 |
|
Карбид бериллия |
2 438 |
2 093 |
1 030 |
4 200 |
|
Углерод |
1 413 |
3 700 |
2 760 |
157 |
|
Стекло E |
2 548 |
1 316 |
3 450 |
136 |
|
Стекло S |
2 493 |
1 650 |
4 820 |
194 |
|
Графит |
1 496 |
3 650 |
2 760 |
184 |
|
Молибден |
0 166 |
2 610 |
1 380 |
14 |
|
Полиамид |
1 136 |
249 |
827 |
73 |
|
Полиэфир |
1 385 |
248 |
689 |
49 |
|
Сталь |
7 811 |
1 621 |
4 130 |
53 |
|
Титан |
4 709 |
1 668 |
1 930 |
41 |
|
Вольфрам |
19 252 |
3 410 |
4 270 |
22 |
Например, параметры углеродных волокон Toray из полиакрилата (PAN) c высокой прочностью на растяжение High Modulus Carbon Fiber.
|
Волокно (fiber) |
Модуль упругости (msi) |
Предел прочности (ksi) |
| M35J | 50 | 683 |
| M40J | 57 | 398 |
| M40J | 55 | 640 |
| M46J | 63 | 611 |
| M50J | 69 | 597 |
| M55J | 78 | 583 |
| M60J | 85 | 569 |
Существует взаимосвязь — чем выше предел прочности, тем ниже модуль упругости.
Что влияет на технические характеристики карбоновых композитов
При подборе материала очень важно найти оптимальный баланс между характеристиками, подбирая слои, направление волокна, метод плетения и плотность. Механические свойства готовых композитов определяются следующими параметрами:
- тип карбонового волокна и смолы,
- тип плетения, ориентация волокон,
- соотношение волокон (т.е. плотность полотна) и смолы в композиции,
- плотность, однородность, пористость и пр.
Ну и не забываем про опыт и навыки работы с композитами.
Автор Ирина Химич
При копировании материалов не забывайте, что у каждого текста есть автор. Поэтому при добавлении материала на свой сайт не забывайте ставить индексируемую ссылку на первоисточник!!!