Углеродное волокно 101: понимание переплетений и тканей

Углеродное волокно обычно вплетается в ткань после изготовления и определения размера. Производственный процесс начинается с создания жгутов из углеродных волокон, называемых жгутами. Затем эти жгуты оцениваются на основе количества содержащихся в них волокон или нитей, часто называемых 3k, 6k, 12k и 48k. Буква «k» означает «тысяча», что означает, что жгут 3k содержит 3,000 углеродных нити. Каждая нить углеродного волокна имеет толщину всего около 5-10 микрон, но большое количество прочного углеродного волокна в таком компактном пространстве придает материалу невероятную прочность.

 

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

полотняное 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

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 4х4 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.

Конская упряжь атласного переплетения

Атласное переплетение использовалось на протяжении тысячелетий, чтобы придать шелковым тканям красивую драпировку, делая ткань гладкой и бесшовной. При использовании в композитах из углеродного волокна атласные 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), пятипрядный 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.

Другие переплетения
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.