Els teixits de fibra de carboni són essencials en la fabricació de compostos. Es formen entrellaçant filaments de carboni en patrons específics. Cada feix de fibres, anomenat estopa, inclou milers de filaments. Les mides de remolc habituals inclouen 3.000 lliures, 6.000 lliures, 12.000 lliures i 24.000 lliures. El patró de teixit controla com es creuen aquests remolcs. Això afecta directament la resistència, el drap i l'acabat superficial del teixit.
En la fabricació, el teixit ha de coincidir amb la geometria i el procés de la peça. Els teixits llisos són ajustats i estables, però són més difícils de formar. Els teixits de sarja i setí són més flexibles i s'emboliquen al voltant de les corbes més fàcilment. Durant la col·locació, el teixit afecta el flux i la compactació de la resina. Els teixits preimpregnats s'utilitzen sovint per a la precisió del contingut de fibra. Aquests materials funcionen bé en autoclaus o configuracions d'emmotllament al buit.
Els enginyers trien teixits basats en la funció de la part i els camins de tensió. En aeroespacial, els laminats teixits gestionen càrregues elevades en múltiples direccions. En els cotxes, l'atenció se centra en la força i el baix pes sota l'impacte. La direcció del teixit i l'apilament de capes es simulen abans de la fabricació.
Què són els teixits de fibra de carboni?
Els teixits de fibra de carboni són reforços-d'alt rendiment a les peces de composició. Es produeixen mitjançant el teixit de estopes de carboni per tal de crear formes estructurades de tèxtil. Els milers de filaments continus de cada estopa solen tenir set micres de gruix. El teixit atrapa aquests remolcs a rutes rígides, creant una estructura de fibra predictible i repetible.
El poliacrilonitril és el precursor de partida comú de les fibres. Aquests s'estabilitzen, s'oxiden i es carbonitzen més enllà dels 1200 graus centígrads. Els components no-de carboni es perden mitjançant la carbonització en àtoms de carboni purs situats en capes de cristall. Aleshores, es tracta-la superfície i es recobreix amb encolat. La mida millora la manipulació i és més receptiva a la resina.
Els filaments després del tractament es fabriquen en paquets anomenats estopes i es col·loquen en telers. Els telers avançats mantenen les fibres alineades, la tensió constant i l'espai entre els remolcs. Els dissenys més estesos són llisos, de sarja i de setí amb diferents encrespaments i drapats. La tensió es controla automàticament per garantir la rectitud de la fibra i les restriccions dels micro-defectes. És durant aquesta etapa que s'estableix el rendiment mecànic de la peça final.
Els teixits subministrats es poden lliurar secs o com a preimpregnats. Els teixits secs s'apliquen en procediments de fabricació com la infusió de resina o l'emmotllament per compressió. Els preimpregnats són aquelles resines infusionades entre fibres en condicions controlades. Això garanteix una relació precisa entre fibra i resina i millora l'acabat superficial. El teixit afecta els camins del flux, la pressió de consolidació i la compactació de les capes durant el curat.
Patrons de teixit de fibra de carboni
Els teixits de fibra de carboni estan en patrons. Aquests patrons regulen l'encreuament dels estopes de fibra. Tots ells influeixen en el rendiment i la fabricació d'una peça. Els teixits són seleccionats pels enginyers segons la força i la forma i els requisits de processament.
Els teixits ajustats són millors per mantenir la seva forma durant la disposició. Els materials de teixit més fluix cauen en motlles. La tendència també influeix en el flux de resina, l'orientació de la fibra i la rigidesa. Fer l'elecció correcta és vital per a l'estabilitat del procés i del rendiment.
A continuació es resumeixen els tipus de teixits més comuns que s'utilitzen en peces-d'alt rendiment. Tots tenen diferents aspectes de drap, estabilitat i resistència.
Teixit llisa
El teixit llis és el patró més bàsic. Cada estopa passa per sobre d'un i per sota d'un. Això comporta una organització estreta i horitzontal. Hi ha un potent encreuament entre els dos en angle recte.
El seu angle de crim és gran. Això implica que les fibres es doblegaran més en cada encreuament. Això aporta estabilitat a costa de la resistència a la tracció. També fa que el teixit sigui més difícil de caure en corbes.
El teixit lli és resistent a la forma. Això el fa adequat per a peces planes o motlles bàsics. Ajuda al flux de resina i a l'orientació de les fibres. Tanmateix, quan no es maneja amb cura, pot arrugar-se en una superfície complicada.
Teixit de sarja
Un patró diagonal es produeix quan s'utilitza el teixit de sarga. Una de les formes és sarja 2X2. Cada remolc més de dos i menys de dos. Això desplaça tots els punts d'encreuament al llarg del material.
El crimp de sarga és més baix que el teixit llis. Les fibres no es dobleguen fàcilment i per tant suporten la càrrega. Penja i s'adapta a formes més complicades amb menor quantitat d'arrugues.
El teixit es pot utilitzar amb peces de carboni visibles. Té una superfície llisa i reflectant. S'utilitza en quadres de bicicletes, en panells de cotxes i en carenats. La sarga també proporciona un acabat i una forma superiors als motlles corbats modelats.
Teixit de setí
Els teixits de setí tenen llargs recorreguts del flotador. En un setí de 5 arnesos, cada estopa passa per sobre de 4 i per sota d'1. Això produeix un teixit llis de molt baix engarçament.
Les fibres es mantenen millor orientades. Això millora el flux i la força de la resina. El setí penja i s'amaga molt bé per crear una forma fàcil-formada, corbada o profunda.
S'aplica amb freqüència on l'aspecte i la qualitat de la superfície són importants. El setí és més inestable, però. Durant la manipulació, els remolcs estan subjectes a canvis. També ha d'estar ben col·locat per evitar la desalineació o la distorsió de les fibres.
Teixits especialitzats i teixits híbrids
Altres teixits barregen fibres. Aquests són els teixits híbrids, per exemple, el carboni i l'aramida es poden combinar en el teixit. Això proporciona una combinació de rigidesa i absorció de cops.
Els dissenys no-estàndards s'utilitzen en altres teixits. Els teixits de cistell es fan amb estopes gruixudes en un estil quadrat. Els teixits biaxials orienten els remolcs en dues direccions de teixit. Els teixits triaxials i quadraxials utilitzen una fibra de tres- i quatre-angles.
Aquests patrons minimitzen el recompte de capes i acceleren la disposició. Es troben en panells estructurals, vaixells i pales de vent. Tots ells estan alineats amb els camins de càrrega de la peça. Com menys capes tinguem, més ràpidament es poden produir les mercaderies i menys errors.
Impacte del teixit en el rendiment mecànic
Alineació de fibres i camins de càrrega
La fibra està alineada pel patró de teixit. Les càrregues de tracció es poden transferir fàcilment mitjançant fibres rectes. El plegat addicional provoca la flexió de les fibres, la qual cosa disminueix la resistència a la tracció. Els teixits petits tenen una bona flexió de la fibra i ofereixen un teixit estable per col·locar-lo. Com més fluix és el teixit, més alineació de la fibra i la força. Aquest equilibri ve determinat per la geometria de les peces i els requisits.
Rigidesa i força en el pla-
Els teixits de teixit lli presenten una rigidesa-plana regular. Els seus encreuaments entre si són nombrosos i provoquen friccions. Això millora la-resistència a tall pla. Els teixits de sarja i setí minimitzen l'encrespament de la fibra de manera que es poden aconseguir propietats de tracció millorades. Són eficients en llocs que tenen peces de formes corbes o difícils. Els dissenyadors trien els teixits per adaptar-se a la propietat de la demanda de rigidesa i la facilitat de conformació.
Resistència al cisallament i delaminació
Els punts d'encreuament del teixit afecten la resistència al tall interlaminar. La majoria d'encreuaments en teixits llisos provoquen una gran fricció i resistència a la delaminació. En els teixits de setí, hi ha menys encreuaments i es poden beneficiar d'un enduriment addicional de la resina. En la seva absència, els teixits de setí són propensos a delaminar-se sota cisalla. Evitar la delaminació depèn de la selecció correcta de la resina i l'apilament de capes.
Vida de fatiga i -càrregues de servei
El rendiment a la fatiga amb càrregues cícliques està influenciat per l'elecció del teixit. El creixement i la fallada de les esquerdes a causa de les fibres-ben alineades es retarden. Els teixits multiaxials i híbrids divideixen les tensions que es troben en més direccions. Això minimitza els danys per fatiga i millora la vida. Les simulacions ajuden els enginyers a dissenyar patrons de teixit de càrregues dinàmiques previstes. Aquesta optimització augmenta la vida útil de la peça composta.
Tècniques per fer teixits de fibra de carboni
La producció de tela de fibra de carboni és una tasca manual i laboriosa. Comença amb fibra de carboni en brut i existeix com a tela en una forma llesta per donar forma. Cada pas del procés afecta la resistència i el rendiment del teixit durant el procés de fabricació.
Heu de tenir una bona gestió de la tensió i l'espaiat de les fibres. Les propietats mecàniques del teixit estan configurades pel patró de teixit. Els operadors hàbils treballen un teler especialitzat per garantir que les fibres es mantinguin en la seva alineació natural i sense danys. S'apliquen en indústries difícils com l'aeronàutica i els esports de motor.
Producció i preparació de fibres
Els precursors són fils de polímer que es presenten en forma de fibres de carboni. S'escalfen gradualment a l'aire i ràpidament en un forn sense oxigen. Això els converteix en filaments de carboni prims i forts. Aquest pas influeix en la qualitat de la rigidesa i la resistència de les fibres.
Quan les fibres carbonitzades es dipositen amb una fina capa. Això els cobreix i ajuda a que la resina s'enganxi més tard. Les fibres es recullen en aquests grups o estopes, i els estopes varien en gruix. La mida del estopa altera el pes i la resistència del teixit.
Procés i maquinària de teixit
Els paquets s'alimenten a màquines de teixir que presten molta atenció a la tensió. Les fibres es teixeixen en formes per sobre- i per sota de les altres. El disseny varia segons l'aplicació del material final: alguns han de ser rígids i alguns han de ser flexibles.
Els telers més moderns poden emprar dolls d'aire per conduir paquets, forçant-los a passar pel teler molt més ràpid. Les màquines també fan que l'amplada i la llargada d'un teixit siguin iguals. Aquesta precisió dóna suport a l'alineació de les fibres, que és fonamental per al rendiment.
Acabat de teixits i aplicació de resina
El teixit es pot vendre en sec o amb impregnació ja feta amb resina (preimpregnada). El tèxtil sec requereix que l'addició de resina es faci més tard durant l'emmotllament. El teixit preimpregnat és un teixit sobre el qual s'ha dipositat resina, i això s'ha fet en condicions precises de temperatura.
Els preimpregnats són pegajosos, per tant l'apilament i la manipulació són fàcils. Això ajuda a mantenir les capes de teixit i minimitzar la porositat de la part acabada. Els preimpregnats proporcionen compostos de reforç que són més robusts i uniformes.
Publica-Tractaments de teixit
A continuació, es pot tractar-la tela per estabilitzar-la. Això deixarà de reduir-se o distorsionar-se després. Altres tipus de teixits estan recoberts per evitar danys a les fibres o millorar l'adhesió.
De vegades, els teixits es tallen a la forma abans de les peces. Això estalvia malbaratament i fa que la producció sigui més ràpida. Aquests processos d'acabat fan que el teixit es comporti bé en el procés de conformació i no es produeixin defectes a la part final.
Selecció de teixits de fibra de carboni per a la fabricació
La selecció del teixit de fibra de carboni és simplement una qüestió d'alinear el comportament del teixit amb la forma i l'ús de la peça. Desitgeu un teixit que s'ajusti al vostre motlle i proporcioni la força sense semblar arrugat. El material inadequat complica la disposició i fa que el producte final sigui feble.
Cada teixit és diferent per treballar. D'altres es pleguen i s'estiren fàcilment, i d'altres tenen dificultats per plegar-se i es mantenen dretes. Amb aquest tipus de comprensió de les seves diferències per avançat, s'evita gastar temps i refer-les amb un gran cost.
Que bé es forma la tela
Millors corbes i caigudes de sarja i teixits de setí. Us permeten col·locar el teixit a les cantonades estretes sense que s'enganxi. El setí manté les fibres flotant més temps, i això és útil en corbes compostes. Aquestes són les vostres millors opcions si la vostra peça conté corbes pronunciades o formes compostes.
El teixit lli és més difícil de treballar amb formes ajustades. Aleshores, les fibres creuen tots els altres estopes, unint la tela més rígida. Pots acabar amb arrugues o amb fibra desalineada. Àmplies àrees de teixit pla sobre panells bàsicament plans o suaument corbats.
Direcció de la força i la càrrega
Hi ha corbes addicionals de fibra en teixit lli, reduint la força sota tensió. No obstant això, enganxa les fibres. Això ajuda les peces a evitar la delaminació. Els teixits de sarja o setí són més adequats a les peces que es carreguen predominantment en tensió. Mantenen les fibres en un mode més recte i fort.
El teixit llis podria sobreviure millor en cas que la vostra peça estigui sotmesa a impactes o càrregues de flexió. Té una millor adherència a la resina, millorant-la contra la delaminació. Seleccioneu el teixit en funció de les principals forces a exercir per la vostra part.
Flux i processament de resina
Els teixits llisos de teixit lli ajustat impedeixen el flux de resina. Això pot atrapar bosses d'aire quan s'infon. Això requerirà una manipulació delicada del buit i de la pressió per evitar buits. Els teixits de setí i sarja més fluix permeten que la resina s'absorbeixi més ràpidament, però absorbeix més resina en conjunt.
Això es fa senzill amb teixits preimpregnats que ja tenen la resina. No obstant això, els teixits variats es curen de manera diversa i requereixen els cicles de temperatura corresponents. Aplicant el teixit adequat a la vostra resina i mètode de curat, els defectes es redueixen i la producció es fa més ràpida.
Cost pràctic i velocitat de fabricació
El teixit de setí consumeix més temps-i és més costós a causa dels complicats camins de les fibres. La sarga es pot teixir de manera ràpida i econòmica, però flexible. El més senzill de fer i el menys car és el teixit llis.
Els draps que són fàcils de treballar a la disposició minimitzen les deixalles. Quan el vostre operador té problemes per formar el teixit, es poden esperar temps de cicle i residus. Escollir un teixit amb el qual el vostre equip pugui treballar i que estalviï diners de manera efectiva en cada part.
Reptes comuns quan es treballa amb teixits de fibra de carboni
Els teixits de fibra de carboni tenen alguns problemes comuns. Aquests influeixen en la resistència de la peça (i també pot semblar bé), així com en el ritme de producció. Conèixer-los us estalviaria d'errors i revisions costosos.
Molts problemes es poden explicar pel comportament del teixit en la manipulació i curat. El patró del teixit de vegades determina la complexitat. A continuació s'enumeren els principals reptes que probablement us trobareu.
Arrugues/Distorsió de la fibra
Quan s'estira sobre corbes ajustades, el teixit de fibra de carboni s'arruga. El teixit llis, en particular, es pot estirar fàcilment fins a tal punt que es torna bastant rígid. Els rinks debiliten la peça i donen lloc a un flux desigual de resina.
Per tal de minimitzar les arrugues, heu de poder exercir un control estricte de les tensions durant la bandeja. La selecció de teixits pot ajudar, ja que els teixits de sarja o setí poden drapar més fàcilment. També és possible tallar més la tela en peces de mida-mossegada o utilitzar espais en blanc a mida per resoldre problemes d'ajust amb formes complexes.
Punts secs de resina Buits
El teixit ajustat, com el teixit llis, resisteix el flux de resina. Això pot atrapar aire i conduir a zones seques o forats dins del compost. Aquestes fallades es debiliten i poden conduir a un fracàs prematur.
Això es pot evitar amb un buit adequat i una infusió lenta de resina. Els teixits més oberts permeten una millor penetració de la resina, però els més fluixos poden afegir contingut de resina i fer que les peces siguin més pesades. Els preimpregnats redueixen aquest risc en la mesura que la resina ja es distribueix uniformement.
Separació de capes i delaminació
La delaminació es produeix quan les capes perden l'adhesió a causa de l'estrès. delaminació. L'elevat nombre d'encreuaments implicats en el teixit llis augmenta la fricció i augmenta la resistència. Els teixits de sarja i setí (menys encreuaments d'extrems) poden ser més susceptibles.
És imprescindible mantenir la temperatura i la pressió de curat per evitar una mala unió. L'enduriment de resines o la incorporació de materials entre fulles també ajuden a augmentar la delaminació.
Problemes de manipulació i tall de teixits
La fibra de carboni també és trencadissa i s'esfilarà o es trencarà quan es maneja amb duresa. Els rotllos de grans longituds de teixit són feixucs i destruirien les fibres en el procés de reubicació. Les fulles intensives i avorrides danyen la fibra.
Prepareu eines de bona-qualitat i nítides. Tall: Col·loqueu la tela plana i no estireu dels estopes. Educar els empleats sobre com tenir cura dels teixits elimina malbarataments i defectes.
Resum de l'article
Aquest article cobreix aspectes clau dels teixits de fibra de carboni, des de la seva producció fins a reptes comuns i criteris de selecció.
Teixits de fibra de carboni: com les fibres de carboni formen el teixit.
Patrons de teixit: tipus com ara llisa, sarja i setí.
Tècniques de fabricació: Preparació de fibres, teixit, passos d'acabat.
Selecció de teixits: tria de teixit per a la forma i la força.
Reptes comuns: Arrugues, buits de resina, delaminació.
Consells de manipulació: Cura adequada per evitar defectes.
