Włókno węglowe 101: Zrozumienie splotów i tkanin

Po wyprodukowaniu i ukształtowaniu włókna węglowego jest ono często wplatane w tkaninę. Aby rozpocząć produkcję tkanin, producenci tworzą wiązki włókien węglowych zwane kablami. Kable są klasyfikowane na podstawie zawartości włókien lub włókien ciągłych i są powszechnie określane jako 3k, 6k, 12k i 15k. K oznacza „tysiąc”, co wskazuje, że kabel 3k składa się z 3,000 włókien węglowych. Ponieważ pojedyncza nić włókna węglowego ma grubość tylko około 5-10 mikrona, kabel 3k ma grubość tylko około 0,125 cala. Kabel o długości 6 tys. jest w przybliżeniu dwukrotnie grubszy niż kabel o długości 3 tys., cztery razy grubszy niż kabel o długości 12 tys. i tak dalej. Duża ilość mocnego włókna węglowego w tak kompaktowej przestrzeni nadaje materiałowi niesamowitą wytrzymałość.

oplot z włókna węglowego
Szpule włókna węglowego są wplecione w tkaninę na krośnie. Najpopularniejsze sploty to splot płócienny, splot diagonalny i splot żywopłotowy.

Tkanina z włókna węglowego o splocie płóciennym lub splocie 1x1 jest symetryczna i przypomina szachownicę. Kable są tkane we wzór górny/dolny, co zapewnia bardzo stabilne, ściśle splecione włókna. Stabilność tkaniny odnosi się do zdolności materiału do utrzymania orientacji włókien i kąta splotu. Ze względu na wysoką stabilność tkaniny zwykła tkanina z włókna węglowego jest mniej odpowiednia do skomplikowanych konturów, ponieważ nie jest szczególnie elastyczna. Jest jednak łatwiejszy w obróbce i nie powoduje deformacji tkaniny. Dlatego idealnie nadaje się do blach płaskich, rur i krzywych 2D.

Karbowanie to krzywizna poszczególnych włókien w splocie, a zwykłe tkaniny z włókna węglowego mają szorstkie karbowanie ze względu na ciasne przeplatanie się pasm włókien. Z biegiem czasu to ostre zwijanie tworzy punkty naprężenia, które prowadzą do słabych obszarów.

Najpopularniejszym rodzajem tkaniny z włókna węglowego jest splot diagonalny, składający się ze wzoru 2x2 lub 4x4. W warkoczu 2x2 każde pasmo przechodzi przez dwa pasma, a następnie pod obydwoma pasmami. Jest zatem oczywiste, że warkocz 4x4 składa się z każdego kabla przechodzącego przez cztery kable, a następnie przez cztery kolejne kable. Ten splot górny/dolny tworzy wyraźny wzór ukośny. Odległość pomiędzy przeplatającymi się pasmami w splocie diagonalnym jest większa niż w splocie płóciennym. W rezultacie występuje mniej zwijania się włosów, co zmniejsza ryzyko powstawania punktów naprężeniowych.

Splot skośny jest elastyczny i może tworzyć złożone kontury, zachowując jednocześnie dobrą stabilność. Należy obchodzić się z nim ostrożniej niż w przypadku splotu płóciennego, aby uniknąć zwiększonego odkształcenia tkanki. Splot 4x4 jest łatwiejszy do uformowania niż splot 2x2, ale tkanina jest też mniej stabilna.

Splot satynowy jest używany od tysięcy lat, aby nadać tkaninom jedwabnym piękną zasłonę, jednocześnie czyniąc ją gładką i bezszwową. W przypadku stosowania w kompozytach z włókna węglowego sploty satynowe mogą z łatwością tworzyć złożone kontury. Oznacza to oczywiście, że stabilność splotu satynowego jest również niższa niż innych splotów.

Najpopularniejsze sploty satyny to satyna czteropłotowa (4HS), satyna pięciopłotna (5HS) i satyna ośmiopłotna (8HS). Liczba ta reprezentuje całkowitą liczbę przejechanych i następnie przejechanych holowników. Na przykład tkanka 4HS ma trzy pasma włókien przechodzące przez nią, a następnie przechodzi przez nią jedno pasmo włókna. W przypadku 5HS skrzyżowane są cztery holi, a następnie jeden pod spodem, podczas gdy w przypadku 8HS skrzyżowanych jest siedem holów, a następnie jeden pod spodem. Im wyższy numer splotu satynowego, tym lepsza odkształcalność, ale gorsza stabilność.

Istnieje wiele innych metod tkania stosowanych do tworzenia tkanin z włókna węglowego. Należą do nich warkocz rybny, warkocz holowniczy, warkocz, warkocz jednokierunkowy i warkocz niestandardowy. Każdy splot ma unikalne właściwości, które sprawiają, że idealnie nadaje się do zastosowania w niektórych projektach, ale nie jest dobrym wyborem w przypadku innych. Przy ustalaniu, który oplot z włókna węglowego powinien zostać użyty do spełnienia określonej funkcji, należy wziąć pod uwagę wiele czynników. Czynniki te obejmują wytrzymałość, odkształcalność, stabilność i zwijanie. Producenci włókna węglowego są ekspertami w zakresie wiedzy, jaki materiał należy zastosować w jakim projekcie.