Süsinikkiust punutised: mis need on ja miks neid kasutatakse

Kui olete kunagi mõelnud, miks üks süsinikkiu tükk võib teisest erineda, pole te üksi. Süsinikkiudu on palju erinevatest kangastest, millest igaüks teenib erinevat eesmärki, ja see pole ainult dekoratiivne.

Süsinikkiud on valmistatud lähteainetest, nagu polüakrüülnitriil (PAN) ja rayon. Lähtekiude töödeldakse keemiliselt, kuumutatakse ja venitatakse ning seejärel karboniseeritakse ülitugevate kiudude moodustamiseks. Need kiud või filamendid koondatakse seejärel kokku ja identifitseeritakse neis sisalduvate süsinikkiudude arvu järgi. Tavalised puksiirireitingud on 3k, 6k, 12k ja 15k. "K" tähistab tuhat, seega on 3k takud valmistatud 3,000 süsinikkiust. Tavaline 3k puksiiri laius on tavaliselt 0,125 tolli, nii et väikesesse ruumi on palju kiudaineid. 6k köisikul on 6,000 süsinikkiudu, 12k kösil 12,000 süsinikkiudu jne. Suured kogused kokku pandud ülitugevaid kiude teevad süsinikkiust nii tugeva materjali.

 

süsinikkiust kudumine
Süsinikkiud on sageli kootud kangaste kujul, mis hõlbustab sellega töötamist ja võib sõltuvalt rakendusest pakkuda täiendavat konstruktsioonitugevust. Seetõttu saab süsinikkiust kangast kududa mitmel erineval viisil. Kõige levinumad on tavaline, toimne ja traksidega satiin ning me käsitleme iga materjali üksikasjalikult.

tavaline koe
Lihtsad süsinikkiust lehed on sümmeetrilise välimusega ja väikese ruudukujulise välimusega. Selle koe puhul kootakse kiud üle/alla mustriga. Lühike põimumiste vaheline kaugus annab tavalisele kudumisele suure stabiilsuse. Kanga stabiilsus viitab kanga võimele säilitada oma koenurka ja kiudude orientatsiooni. Selle kõrge stabiilsuse tõttu sobib tavaline kudumine keerukate kontuuridega paigutuste jaoks vähem ja see ei ole nii paindlik kui mõned teised kangad. Üldiselt sobib tavaline koe kangas lamedate lehtede, torude ja kahemõõtmeliste kõverate jaoks.

Selle kudumismustri üheks puuduseks on kiudude tugev kurrutamine põimumistevahelise lühikese vahemaa tõttu (nurgad, mille kiud kudumisel tekivad, vt allpool). Karm pressimine tekitab pingekontsentratsioone, mis aja jooksul osa nõrgendavad.

Toimse kudumine
Twill on sillaks tavalise koe ja satiinkoe ​​vahel, millest me järgmisena arutame. Twill kangas on hea painduvusega ja võib moodustada keerukaid kontuure. See on kanga stabiilsuse säilitamisel halvem kui traksidatiini kangas, kuid mitte nii hea kui tavaline koeline kangas. Kui järgida toimse koe ahelaid, läbib see teatud arvu takusid ja seejärel sama arvu takusid. Üles/alla muster loob diagonaalse noole välimuse, mida nimetatakse "toimjooneks". Pikem vahemaa põimitud köskude vahel tähendab väiksemat kõverdumist ja väiksemat potentsiaalset pingekontsentratsiooni võrreldes tavalise koega kangastega.

2 × 2 toimsel on ilmselt kõige tuntum süsinikkiust kudum tööstuses. Seda kasutatakse paljudes kosmeetika- ja dekoratiivrakendustes, kuid see on ka väga funktsionaalne, ühendades keskmise vormitavuse keskmise stabiilsusega. Nagu 2 × 2 nimi viitab, läbib iga taks 2 taku ja seejärel ristub mõlemad takud. Samamoodi keeratakse 4 × 4 toimsel läbi 4 köisiku ja seejärel läbi 4 köisiku. See moodustab veidi paremini kui 2 × 2 toimse, kuna kudumine ei ole nii tihe, kuid see on ka vähem stabiilne.

rakmed satiin
Satiinkangas töötati välja tuhandeid aastaid tagasi, et luua suurepärase drapeeringuga siidkangas, mis näeb välja sile ja õmblusteta. Komposiitide puhul tähendab see drapeeritavus, et seda saab hõlpsasti vormida ja keeruliste kontuuride ümber mähkida. Kuna see kangas on hästi vormitav, on selle stabiilsus eeldatavasti madal. Levinud satiinkoematerjalide hulka kuuluvad 4-heddle-satiin (4HS), 5-heddle-satiin (5HS) ja 8-heddle-satiin (8HS). Satiinkoe ​​hulga suurenedes suureneb vormitavus, samal ajal kui kanga stabiilsus väheneb.

Laotatud puksiiri vs
Puistematerjalid võivad olla hea kompromiss ühesuunaliste materjalide ja tavaliste punutud materjalide kasutamise vahel. Kui kiudusid kootakse kanga moodustamiseks üles ja alla, väheneb tugevus kiudude kortsumise tõttu. Kui suurendate hõõgniitide arvu standardköikus (nt 3k-lt 6k-le), muutub köis suuremaks (paksemaks) ja kõverusnurk muutub karmimaks. Üks viis selle vältimiseks on hõõgniitide laiali laotamine laiemateks taksudeks, seda nimetatakse takude hajutamiseks ja sellel on mitmeid eeliseid.

Punni laiali laotamine annab väiksema kõverdumisnurga kui tavaline punumine ja võib sileduse suurendamise kaudu vähendada ristumise defekte. Madalam pressimisnurk toob kaasa suurema tugevuse. Puistematerjalidega on ka lihtsam töötada kui ühesuunaliste materjalidega ja need tagavad siiski üsna hea kiudude ülestõmbamise vältimise.

ühesuunaline
Nagu nimigi ütleb, uni, mis tähendab ühte, on kõik kiud orienteeritud samas suunas. See annab ühesuunalistele (UD) kangastele mõned tugevad eelised. UD-kangas ei ole kootud ja sellel ei ole kortsutatud põimitud kiude, mis nõrgestaksid struktuuri. Seevastu pidevad kiud lisavad tugevust ja jäikust. Teine eelis on võimalus kohandada paigutust, et paremini kontrollida jõudlusnäitajaid. Jalgrattaraamid on suurepärane näide sellest, kuidas UD-kangaid saab kasutada jõudluse kohandamiseks. Raami alumine kronsteini ala peab olema jäik, et sõitja jõud ratastele üle kanda, kuid raam peab olema ka painduv ja painduv, et vältida sõitja vigastamist. UD materjalidega saate vajaliku tugevuse saamiseks valida kiudude täpse suuna.

UD suur puudus on selle manööverdusvõime. UD võib paigaldamise ajal kergesti laguneda, kuna sellel pole põimitud kiude, mis seda koos hoiaksid. Kui kiud on valesti paigutatud, on peaaegu võimatu neid uuesti õigesti ümber suunata. Probleeme võivad põhjustada ka UD-kangast töödeldud osad. Kui mingid kiud tõmbuvad üles kohas, kus tunnus lõigati, võivad need lahtised kiud kogu osa üles tõmmata. Tavaliselt, kui lamineerimiseks valitakse UD materjal, kasutatakse esimese ja viimase kihi jaoks kootud materjali kihti, et parandada töödeldavust ja osade vastupidavust. Seda tehakse harrastajatele mõeldud drooniraamidest kuni raketiosade tootmiseni.