Углеродное волокно 101: понимание переплетений и тканей

После того, как углеродное волокно изготовлено и сформировано, его часто вплетают в ткань. Чтобы начать производство ткани, производители создают пучки углеродных волокон, называемые жгутами. Жгуты классифицируются в зависимости от содержания в них волокон или нитей и обычно называются 3k, 6k, 12k и 15k. Буква k означает «тысяча», указывая на то, что жгут 3k состоит из 3,000 углеродных нитей. Поскольку толщина одной пряди углеродного волокна составляет всего около 5-10 микрон, толщина жгута 3 тыс. составляет всего около 0,125 дюймов. Жгут 6к примерно в два раза толще жгута 3к, в четыре раза толще жгута 12к и так далее. Большое количество прочного углеродного волокна в таком компактном пространстве придает материалу невероятную прочность.

оплетка из углеродного волокна
Катушки углеродного волокна вплетаются в ткань на ткацком станке. Наиболее распространенными переплетениями являются полотняное переплетение, саржевое переплетение и ремизное переплетение.

Ткань из углеродного волокна полотняного переплетения или переплетения 1х1 симметрична и напоминает шахматную доску. Жгуты сплетены по принципу «верх/низ», что обеспечивает высокую стабильность и плотное переплетение волокон. Стабильность ткани означает способность материала сохранять ориентацию волокон и угол переплетения. Из-за высокой стабильности ткани простая ткань из углеродного волокна менее подходит для сложных контуров, поскольку она не отличается особой гибкостью. Однако с ним проще обращаться, и он не вызывает деформации ткани. Поэтому он идеально подходит для плоских листов, труб и двумерных кривых.

Извитость — это кривизна отдельных волокон в переплетении, а простые ткани из углеродного волокна имеют грубую извитость из-за плотного переплетения прядей нитей. Со временем эти резкие завивки создают точки напряжения, которые приводят к появлению слабых мест.

Саржевое переплетение, состоящее из узора 2х2 или 4х4, является наиболее распространенным типом ткани из углеродного волокна. В косе 2х2 каждая прядь пропускается над двумя прядями, а затем под обеими прядями. Таким образом, само собой разумеется, что коса 4x4 состоит из каждого жгута, проходящего через четыре жгута, а затем еще через четыре жгута. Это переплетение сверху и снизу создает отчетливый диагональный узор. Расстояние между переплетающимися нитями в саржевом переплетении больше, чем в полотняном. В результате происходит меньшее скручивание, что снижает вероятность развития точек напряжения.

Саржевое переплетение является гибким и может образовывать сложные контуры, сохраняя при этом хорошую стабильность. С ним необходимо обращаться осторожнее, чем с полотняным переплетением, чтобы избежать повышенной деформации тканей. Переплетение 4х4 легче сформировать, чем переплетение 2х2, но ткань менее стабильна.

Атласное переплетение использовалось на протяжении тысячелетий, чтобы придать шелковым тканям красивую драпировку, делая ткань гладкой и бесшовной. При использовании в композитах из углеродного волокна сатиновые переплетения могут легко образовывать сложные контуры. Очевидно, это означает, что устойчивость сатинового переплетения также ниже, чем у других переплетений.

Наиболее распространенными атласными переплетениями являются четырехпрядный сатин (4HS), пятипрядковый сатин (5HS) и восьмипрыжковый сатин (8HS). Это число представляет собой общее количество пройденных и затем пройденных буксиров. Например, ткань 4HS имеет три нити, проходящие через нее, а затем одну нить, проходящую через нее. У модели 5HS перекрещиваются четыре жгута, а затем один внизу, а у модели 8HS перекрещиваются семь жгутов, а затем один внизу. Чем выше число сатинового переплетения, тем лучше формуемость, но хуже стабильность.

Существует множество других методов плетения, используемых для создания тканей из углеродного волокна. К ним относятся рыбья оплетка, жгут, оплетка, однонаправленная оплетка и нестандартная оплетка. Каждое переплетение обладает уникальными свойствами, которые делают его идеальным для использования в одних дизайнах, но не лучшим выбором для других. Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при определении того, какую оплетку из углеродного волокна следует использовать для выполнения конкретной функции. Эти факторы включают прочность, формуемость, стабильность и скручиваемость. Производители углеродного волокна знают, какую ткань следует использовать для какого дизайна.