بافت های فیبر کربنی: چیست و چرا باید از آنها استفاده کرد

اگر تا به حال فکر کرده اید که چرا یک تکه فیبر کربن ممکن است با تکه فیبر کربن دیگر متفاوت به نظر برسد، تنها نیستید. الیاف کربن در بافت‌های مختلفی وجود دارد و هر کدام هدف متفاوتی را انجام می‌دهند و فقط آرایشی نیستند.

ورق الیاف کربن بافت ساده بافت چکر بافت Twill

الیاف کربن از پیش سازهایی مانند پلی اکریلونیتریل (PAN) و ابریشم مصنوعی ساخته می شوند. الیاف پیش ساز از نظر شیمیایی عمل آوری می شوند، حرارت داده می شوند و کشیده می شوند، سپس کربن می شوند تا الیاف با استحکام بالا ایجاد شود. این الیاف یا رشته‌ها سپس در دو دسته به هم متصل می‌شوند که با تعداد رشته‌های کربنی که در آنها وجود دارد مشخص می‌شوند. رتبه بندی های رایج یدک کش 3k، 6k، 12k و 15k است. «ک» به هزار اشاره دارد، بنابراین یک یدک 3k از 3،000 رشته کربن ساخته شده است. یک یدک کش استاندارد 3k معمولاً 0.125 اینچ عرض دارد، بنابراین مقدار زیادی فیبر در یک فضای کوچک بسته بندی می شود. این تعداد زیاد الیاف با استحکام بالا که در کنار هم قرار گرفته اند همان چیزی است که فیبر کربن را به ماده ای قوی تبدیل می کند.

فیبر کربن بافته شده

فیبر کربن معمولاً به شکل پارچه بافته شده است که کار با آن را آسان‌تر می‌کند و بسته به کاربرد می‌تواند استحکام ساختاری بیشتری بدهد. به همین دلیل بافت های مختلف زیادی برای پارچه فیبر کربن استفاده می شود. رایج ترین آنها Plain، Twill و Harness Satin هستند و ما به جزئیات بیشتری برای هر کدام خواهیم پرداخت.

بافت ساده

یک ورق فیبر کربن با بافت ساده با ظاهری به سبک شطرنجی کوچک متقارن به نظر می رسد. در این بافت بکسل ها به صورت رو/زیر بافته می شوند. فاصله کوتاه بین لایه ها به بافت ساده سطح بالایی از ثبات می دهد. ثبات پارچه توانایی پارچه برای حفظ زاویه بافت و جهت الیاف خود است. به دلیل این سطح پایداری بالا، ساده برای چیدمان با خطوط پیچیده مناسب نیست، به اندازه برخی از بافت های دیگر انعطاف پذیر نخواهد بود. به طور کلی، پارچه های ساده بافت برای ورق های مسطح، لوله ها و منحنی های دو بعدی مناسب هستند.

نمودار الیاف کربن بافت ساده

یکی از اشکالات این الگوی بافت، چین و چروک خشن (زاویه ای که الیاف در هنگام بافته شدن ایجاد می کند، در زیر مشاهده کنید) در بکسل ها به دلیل فاصله کوتاه بین لایه ها است. چین شدید می تواند غلظت استرس ایجاد کند که می تواند قطعه را در طول زمان ضعیف کند.

ورق الیاف کربن نمودار چین دار بافت ساده

بافت تویل

تویل به عنوان پلی بین بافت ساده و بافت های ساتن عمل می کند که در ادامه به آن خواهیم پرداخت. پارچه جناغی انعطاف پذیری خوبی دارد و می تواند به خطوط پیچیده تبدیل شود، و در حفظ ثبات پارچه بهتر از بافت ساتن مهاری است، اما نه به خوبی بافت ساده. اگر یک رشته بکسل را در بافت جناغی دنبال کنید، از روی تعدادی بکسل و سپس از زیر همان تعداد بکسل عبور می کند. الگوی روی/زیر یک نمای مورب سر فلش ایجاد می کند که به عنوان "خط جناغی" شناخته می شود. فاصله بیشتر بین دو بکسل در مقایسه با بافت ساده به معنی چین و چروک کمتر و غلظت بالقوه تنش کمتر است.

2×2 Twill احتمالاً قابل تشخیص ترین بافت فیبر کربن در صنعت است. در بسیاری از کاربردهای آرایشی و تزئینی استفاده می شود، اما همچنین دارای عملکرد عالی است، هم شکل پذیری متوسط ​​و هم پایداری متوسطی دارد. همانطور که از نام 2×2 پیداست، هر یدک از 2 یدک و سپس از زیر دو بکسل عبور می کند. به طور مشابه، 4×4 Twill از روی 4 بکسل و سپس از زیر 4 بکسل عبور می کند. شکل پذیری آن کمی بیشتر از تویل 2×2 است، زیرا بافت آن قدری سفت نیست، اما پایداری کمتری نیز خواهد داشت.

بافته های ساتن را مهار کنید

بافت ساتن هزاران سال پیش برای ساخت پارچه های ابریشمی با کیفیت بسیار عالی طراحی شد و در عین حال صاف و بدون درز به نظر می رسید. برای کامپوزیت‌ها، این تراوش‌پذیری به این معنی است که می‌تواند به راحتی شکل گرفته و اطراف خطوط پیچیده را بپیچد. از آنجایی که پارچه بسیار شکل پذیر است، انتظار می رود پایداری کمی داشته باشد. بافت های ساتن بند متداول عبارتند از ساتن 4 هارنس (4HS)، ساتن 5 هارنس (5HS) و ساتن 8 هارنس (8HS). با افزایش تعداد بافت ساتن، شکل پذیری بیشتر و پایداری پارچه کاهش می یابد.

Spread Tow در مقابل Standard Tow

مواد یدک کش پهن می تواند مصالحه خوبی بین استفاده از مواد یک طرفه و مواد بافته استاندارد باشد. همانطور که یک یدک الیافی برای ایجاد پارچه بالا و پایین می بافد، به دلیل چین خوردگی در یدک کش، استحکام کاهش می یابد. همانطور که تعداد رشته ها را در یک بکسل استاندارد افزایش می دهید، مثلاً از 3k به 6k، یدک کش بزرگتر (ضخیم تر) می شود و زاویه چین سخت تر می شود. یکی از راه‌های جلوگیری از این امر، پخش کردن رشته‌ها در یک بکسل پهن‌تر است، به این حالت بکسل پهن‌تر گفته می‌شود و چند لنگه وجود دارد.

منافعی که با انجام این کار به دست می آید.

نمودار انقباض یدک کش پهن ورق فیبر کربن

بکسل پهن زاویه چین خوردگی کمتری نسبت به بافت بکسل استاندارد ارائه می دهد و می تواند با افزایش صافی عیوب متقاطع را کاهش دهد. زاویه چین کمتر منجر به استحکام بالاتر می شود. کار کردن با مواد یدک کش پهن نیز نسبت به مواد یک طرفه آسان تر است و همچنان از کشش الیاف نسبتاً خوبی جلوگیری می کند.