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从性能角度看碳纤维纹路

   日期:2020-02-11     来源:碳纤维研习社    浏览:1147    
核心提示:  在认识碳纤维制品时,很多人看到具有碳纤维纹路的制品第一感觉就是酷,具有时尚科技感。所以出现很多追求碳纤维纹路外观的制
  在认识碳纤维制品时,很多人看到具有碳纤维纹路的制品第一感觉就是酷,具有时尚科技感。所以出现很多追求碳纤维纹路外观的制品,在淘宝网搜碳纤维出现最多的便是碳纤维贴纸,这是一种印有碳纤维纹路的贴纸,跟碳纤维八竿子打不着的关系。但是拿碳纤维纹路当做装饰品,未免大材小用。其实碳纤维小小的纹路下边,蕴含着巨大的秘密。今天我们就来探讨不同碳纤维纹路来做碳纤维制品有什么不一样。
 
  首先我们知道,碳纤维制造的时候,并不是一根一根的生产的,而是一束一束的,那么每一束包含的碳纤维数量可能会有些差异,但是通常可分为1000根、3000根、6000根、12000根,也就是我们熟悉的1k、3k、6k、12k等概念。
 
  碳纤维通常以机织织物的形式出现,这使得它更易于使用,并可以根据应用提供额外强度。 因此,有许多用于碳纤维织物的编织。 最常见的是平纹,斜纹和缎纹,我们将分别详细介绍。
 
  平纹编织平纹碳纤维板看起来很对称,并具有小棋盘风格的外观。在这种编织中,丝束以上/下模式编织。隔行丝束之间的间隔很小,使平纹组织具有很高的稳定性。织物的稳定性是织物保持其编织角度和纤维取向的能力。由于具有很高的稳定性,所以平纹不太适合用于具有复杂轮廓的叠层,它不会像其他一些编织一样柔韧。通常,平纹织物适合于平板,管子和2D曲线结构的外观。
 

 
  这种编织图案的一个缺点是由于交织之间的距离很短,所以丝束中的卷曲很大(编织时纤维形成的角度,见下图)。这种弯曲会产生应力集中,随着时间的流逝会削弱零件的强度。

 
  斜纹编织
 
  斜纹是介于平纹编织和缎纹编织之间的一种编织,缎纹我们将在下面进行讨论。斜纹布具有良好的柔韧性,可以成型为复杂的轮廓,并且在保持织物稳定性方面比缎纹编织更好,但不如平纹编织。 如果您以斜纹编织方式跟随一根丝束,则它会经过一定数量的丝束上去,然后经过相同数量的丝束下去。上方/下方图案会形成对角线箭头外观,称为“斜纹线”。相较于平纹编织,拖曳交错之间的距离更长,意味着卷曲更少,潜在的应力集中也更少。
 

 
  2x2斜纹布可能是业内最知名的碳纤维编织。它用于许多外观和装饰应用中,但也具有出色的功能,它具有适度的可成型性和适度的稳定性。 就像2x2名称所表示的那样,每个丝束将经过2个丝束下去,然后经过2个丝束上来。同样,4x4斜纹布将经过4个丝束下去,然后经过4个丝束上来。它具有比2x2斜纹布略高的可成形性,因为编织不那么紧密,但稳定性也较低。
 
  缎纹编织
 
  缎纹编织在织物中历史很早,早期用于制造具有出色悬垂性的丝绸织物,同时看起来也很顺滑和无缝。对于复合材料,这种悬垂性意味着它可以轻松地形成并包裹复杂的轮廓。由于织物的易成型性,因此其稳定性低。常见的线束缎纹编织有4线束缎纹(4HS),5?线束缎纹(5HS)和8线束缎纹(8HS)。随着缎纹编织数量的增加,可成形性将增加,织物稳定性将下降。
 

 
  线束缎纹名称中的数字表示经过向上和经过向下丝束总数。 对于4HS,它将超过3个丝束向上,然后经过1个丝束向下。对于5HS,它将超过4个丝束向上,然后经过1个丝束向下,而8HS将经过7个丝束向上,然后经过1个丝束向下。
 
  展宽丝束和标准丝束
 
  单向布碳纤维没有弯曲状态,可以很好地承受力,编织布丝束需要在正交方向上下弯曲,强度下降会很厉害。所以当纤维丝束上下编织以形成织物时,由于丝束中的卷曲,强度降低了。当您将标准丝束中的丝束数量从3k增加到6k时,丝束变得更大(更厚),弯曲角度也变得更大。 避免这种情况的一种方法是将细丝展开成更宽的丝束,这被称为展开丝束,做出来的布也叫展宽布,这样做有很多好处。
 

 
  展宽丝束的卷曲角度比标准丝束的编织角度小,从而通过增加平滑度来减少交叉缺陷。较小的弯曲角度将导致较高的强度。与单向材料相比,铺展的丝束材料也更易于使用,并且仍然具有相当好的纤维拉伸强度。
 

 
  单向布
 
  单向布行业内也叫UD布,顾名思义,uni的意思是一个,所有的纤维都朝向相同的方向。这使单向(UD)织物具有一些高强度优势。UD织物不是机织织物,没有卷曲的交织的丝束。只有高度取向连续的纤维可以增加强度和刚度。 另一个好处是能够通过调整铺层角度和铺层比例来控制制品强度。自行车车架使用单向布优化铺层结构,从而调节性能就是一个很好的例子。车架必须在底部支架区域内保持刚度和刚度,将车手的动力传递给车轮,但车架还需要具有一定的柔韧性和柔韧性。使用单向布,您可以选择碳纤维的精确方向以获得所需的强度。
 


 
 
  单向布的一个主要缺点是可操作性差。单向布往往在铺层过程中很容易散开,因为它没有交织的纤维将其固定在一起。如果纤维放置不正确,几乎不可能再次正确地重新定位它们。单向布裁切也会引起问题。如果在切割特定地方有任何纤维拉起,那些松散的纤维会一直拉到整个布面。通常,如果选择单向布进行铺层,则将平纹、斜纹、缎纹编织织物用于第一层和最后一层,以帮助提高可加工性和零件耐久性。在中间层,则是用单向布精确控制整个部件的强度。
 
 
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