Tessuti in fibra di carbonio: cosa sono e perché usarli

Se ti sei mai chiesto perché un pezzo di fibra di carbonio potrebbe sembrare diverso da un altro pezzo di fibra di carbonio, non sei il solo. La fibra di carbonio è disponibile in molte trame diverse e ognuna ha uno scopo diverso, e non è solo cosmetico.

Foglio in fibra di carbonio Tessuto liscio Tessuto a scacchi Tessuto a saia

Le fibre di carbonio sono costituite da precursori come poliacrilonitrile (PAN) e rayon. Le fibre precursori vengono trattate chimicamente, riscaldate e stirate, quindi carbonizzate, per creare fibre ad alta resistenza. Queste fibre, o filamenti, vengono poi raggruppate insieme in matasse identificate dal numero di filamenti di carbonio che contengono. Le valutazioni di traino comuni sono 3k, 6k, 12k e 15k. La "k" si riferisce a mille, quindi un 3k tow è composto da 3,000 filamenti di carbonio. Un tow standard da 3k è in genere largo 0,125", quindi è un sacco di fibra racchiuso in un piccolo spazio. Un tow da 6k ha 6,000 filamenti di carbonio, un 12k ha 12,000 filamenti, e così via Questo gran numero di fibre ad alta resistenza raggruppate insieme è ciò che rende la fibra di carbonio un materiale così resistente.

Fibra di carbonio intrecciata

La fibra di carbonio si presenta tipicamente sotto forma di un tessuto intrecciato, che ne facilita la lavorazione e può conferire ulteriore resistenza strutturale a seconda dell'applicazione. Per questo motivo ci sono molte trame diverse utilizzate per il tessuto in fibra di carbonio. I più comuni sono Plain, Twill e Harness Satin, e per ciascuno di essi entreremo più nel dettaglio.

Tessitura piana

Un foglio in fibra di carbonio a trama semplice sembra simmetrico con un piccolo aspetto a scacchiera. In questa trama le stoppe sono tessute in un motivo sopra/sotto. Il breve spazio tra gli intrecci conferisce alla tela un alto livello di stabilità. La stabilità dei tessuti è la capacità di un tessuto di mantenere il proprio angolo di tessitura e l'orientamento delle fibre. A causa di questo elevato livello di stabilità, il liscio non è adatto per layup con contorni complessi, non sarà flessibile come alcune delle altre armature. In generale, i tessuti ad armatura semplice sono adatti per lamiere piane, tubi e curve 2D.

Diagramma in fibra di carbonio a trama semplice

Uno svantaggio di questo modello di trama è la dura arricciatura (l'angolo che la fibra fa quando tessuta, vedi sotto) nelle stoppe a causa della breve distanza tra gli intrecci. La dura crimpatura può creare concentrazioni di stress che possono indebolire la parte nel tempo.

Foglio in fibra di carbonio con diagramma a crimpare ad armatura semplice

Tessuto a saia

Il twill funge da ponte tra una tela e le armature satinate di cui parleremo in seguito. Il twill ha una buona flessibilità e può formare contorni complessi, ed è migliore nel mantenere la stabilità del tessuto rispetto a un'armatura di raso per imbracatura, ma non è buono come l'armatura a tela. Se segui un filo di stoppa in una trama a saia, passa sopra un determinato numero di stoppe e poi sotto lo stesso numero di stoppe. Il motivo sopra/sotto crea un aspetto a punta di freccia diagonale, noto come "linea twill". La maggiore distanza tra gli intrecci di traino significa meno arricciature rispetto a una trama semplice e meno potenziali concentrazioni di stress.

2 × 2 Twill è probabilmente la trama in fibra di carbonio più riconoscibile nel settore. Viene utilizzato in molte applicazioni cosmetiche e decorative, ma ha anche una grande funzionalità, ha sia una moderata formabilità che una moderata stabilità. Come suggerisce il nome 2×2, ogni stoppa passerà sopra 2 stoppe e poi sotto due stoppe. Allo stesso modo, 4 × 4 Twill passerà sopra 4 stoppe e poi sotto 4 stoppe. Ha una formabilità leggermente maggiore rispetto al Twill 2×2, poiché la trama non è così stretta, ma avrà anche meno stabilità.

Imbracatura di trame di raso

L'armatura satinata è stata progettata migliaia di anni fa per realizzare tessuti di seta con eccellenti qualità di drappeggio, ma allo stesso tempo lisci e senza cuciture. Per i compositi, questa drappeggiabilità significa che può facilmente formare e avvolgere contorni complessi. Poiché il tessuto è così modellabile, esso, in attesa, ha una bassa stabilità. Le armature comuni di satin per imbracatura sono 4 satin per imbracatura (4HS), 5 satin per imbracatura (5HS) e 8 satin per imbracatura (8HS). Man mano che aumenti il ​​numero della trama satinata, la formabilità aumenterà e la stabilità del tessuto diminuirà.

Spread Tow vs. Standard Tow

Il materiale di traino sparso può essere un buon compromesso tra l'utilizzo di materiale unidirezionale e materiale tessuto standard. Quando un cavo di fibra si intreccia su e giù per creare un tessuto, la resistenza si riduce a causa della piegatura del cavo. Man mano che aumenti il ​​numero di filamenti in un cavo standard, ad esempio da 3k a 6k, il cavo diventa più grande (più spesso) e l'angolo di crimpatura diventa più duro. Un modo per evitarlo è allargare i filamenti in una stoppa più ampia, questa è chiamata stoppa diffusa e ci sono un paio di ben

efits ottenuti facendo questo.

foglio di fibra di carbonio con diagramma di crimpatura a trama di traino

Lo spread tow offre un angolo di arricciatura più piccolo rispetto a un tessuto di traino standard e può ridurre i difetti di incrocio aumentando la scorrevolezza. Un angolo di crimpatura inferiore si tradurrà in una maggiore resistenza. Il materiale di traino diffuso è anche più facile da lavorare rispetto al materiale unidirezionale e ha ancora una prevenzione ragionevolmente buona del pull up delle fibre.