نسج ألياف الكربون: ما هي ولماذا نستخدمها

إذا تساءلت يومًا لماذا قد تبدو قطعة من ألياف الكربون مختلفة عن قطعة أخرى من ألياف الكربون ، فأنت لست وحدك. تأتي ألياف الكربون في العديد من النسج المختلفة وكل منها يخدم غرضًا مختلفًا ، وليست مجرد مواد تجميلية.

ورقة ألياف الكربون عادي نسج مدقق نسج نسج قطني طويل

ألياف الكربون مصنوعة من سلائف مثل بولي أكريلونيتريل (PAN) والحرير الصناعي. تتم معالجة ألياف السلائف كيميائيًا ، وتسخينها ، وشدها ، ثم تفحيمها ، لإنشاء ألياف عالية القوة. يتم بعد ذلك تجميع هذه الألياف أو الخيوط معًا في مجموعات يتم تحديدها من خلال عدد خيوط الكربون التي تحتوي عليها. تقييمات السحب الشائعة هي 3 كيلو و 6 كيلو و 12 كيلو و 15 كيلو. يشير "k" إلى ألف ، لذلك يتكون القطر 3 كيلو من 3 ، 000 خيوط كربون. يبلغ قطر القطر القياسي 3 كيلو في المعتاد .125 بوصة ، لذلك هناك الكثير من الألياف المعبأة في مساحة صغيرة. يحتوي القطر 6 كيلو على 6 ، 000 خيوط كربون ، و 12 كيلو به 12 ، 000 خيوط ، هذا العدد الكبير من الألياف عالية القوة المجمعة معًا هو ما يجعل ألياف الكربون مادة قوية.

ألياف الكربون المنسوجة

تأتي ألياف الكربون عادةً على شكل قماش منسوج ، مما يسهل العمل به ويمكن أن يمنح قوة هيكلية إضافية اعتمادًا على التطبيق. لهذا السبب ، هناك العديد من النسج المختلفة المستخدمة في نسيج ألياف الكربون. الأكثر شيوعًا هي الساتان العادي والتويل والتسخير ، وسنخوض في مزيد من التفاصيل لكل منها.

نسج عادي

تبدو ورقة ألياف الكربون المنسوجة العادية متناظرة مع مظهر صغير على شكل رقعة الشطرنج. في هذا النسج ، يتم نسج السحب بنمط فوق / تحت. توفر المسافة القصيرة بين السلاسل الداخلية نسجًا عاديًا مستوى عاليًا من الثبات. ثبات الأقمشة هو قدرة النسيج على الحفاظ على زاوية النسج واتجاه الألياف. نظرًا لهذا المستوى العالي من الثبات ، فإن السادة ليست مناسبة تمامًا للصفائح ذات الخطوط المعقدة ، ولن تكون مرنة مثل بعض النسج الأخرى. بشكل عام ، الأقمشة المنسوجة العادية مناسبة للألواح المسطحة والأنابيب والمنحنيات ثنائية الأبعاد.

مخطط ألياف الكربون نسج عادي

أحد عيوب نمط النسج هذا هو التجعيد القاسي (الزاوية التي تصنعها الألياف عند نسجها ، انظر أدناه) في السحب بسبب المسافة القصيرة بين السلاسل الداخلية. يمكن أن ينتج عن التجعيد القاسي تركيزات إجهاد يمكن أن تضعف الجزء بمرور الوقت.

عادي نسج تجعيد الرسم البياني ورقة ألياف الكربون

نسيج قطني طويل

تويل بمثابة جسر بين نسج عادي ونسج الساتان الذي سنناقشه بعد ذلك. يتميز نسيج Twill بمرونة جيدة ويمكن أن يتشكل في ملامح معقدة ، وهو أفضل في الحفاظ على ثبات النسيج من نسج الساتان ، ولكن ليس بنفس جودة النسيج العادي. إذا اتبعت خيطًا في نسج قطني طويل ، فإنه يمر على عدد محدد من السحب ثم تحت نفس عدد الجر. يُنشئ النمط العلوي / السفلي شكل رأس سهم قطري ، يُعرف باسم "خط التويل". المسافة الأطول بين السلاسل الداخلية للقطر تعني تجعيدًا أقل مقارنةً بالنسيج العادي وتركيزات إجهاد أقل محتملة.

2 × 2 من المحتمل أن يكون نسيج قطني طويل هو أكثر نسج ألياف الكربون شهرة في الصناعة. يتم استخدامه في العديد من التطبيقات التجميلية والزخرفية ، ولكنه يتمتع أيضًا بوظائف رائعة ، ولديه قابلية تشكيل معتدلة وثبات معتدل. كما يوحي الاسم 2 × 2 ، سيمر كل سحب أكثر من قطرين ثم تحت قطرين. وبالمثل ، فإن 4 × 4 حك سوف تمر على 4 جر ثم تحت 4 جر. لديها قابلية تشكيل أكثر بقليل من 2 × 2 Twill ، لأن النسج ليس ضيقًا ، ولكنه سيكون أيضًا أقل ثباتًا.

تسخير نسج الساتان

صُمم نسج الساتان منذ آلاف السنين لصنع الأقمشة الحريرية ذات الصفات الممتازة لللف ، بينما تبدو أيضًا ناعمة وسلسة. بالنسبة للمركبات ، تعني قابلية التحمل هذه أنه يمكن أن يتشكل ويلتف بسهولة حول خطوط معقدة. نظرًا لأن النسيج قابل للتشكيل جدًا ، فمن المتوقع أن يكون لديه ثبات منخفض. نسج الساتان الشائعة هي 4 صقيل تسخير (4HS) و 5 ساتان لتسخير (5HS) و 8 ساتان لتسخير (8HS). كلما زادت عدد نسج الساتان ، ستزداد قابلية التشكيل وسيقل ثبات النسيج.

انتشار السحب مقابل السحب القياسي

يمكن أن تكون مواد السحب المنتشرة حلاً وسطاً جيداً بين استخدام مادة أحادية الاتجاه والمواد المنسوجة القياسية. نظرًا لأن سحب الألياف ينسج لأعلى ولأسفل لإنشاء قماش ، تقل القوة بسبب التجعيد في السحب. كلما زادت عدد الخيوط في السحب القياسي ، من 3k إلى 6k على سبيل المثال ، يصبح القطر أكبر (أكثر سمكًا) وتصبح زاوية التجعيد أكثر قسوة. تتمثل إحدى طرق تجنب ذلك في نشر الخيوط في سحب أوسع ، وهذا ما يسمى سحب الانتشار ويوجد زوج من الخيوط

الفوائد المكتسبة من خلال القيام بذلك.

نشر سحب نسج تجعيد الرسم البياني ورقة ألياف الكربون

يوفر سحب الانتشار زاوية تجعيد أصغر من نسج السحب القياسي ويمكن أن يقلل من عيوب التقاطع عن طريق زيادة النعومة. ستؤدي زاوية التجعيد المنخفضة إلى قوة أعلى. مادة السحب المنتشرة أسهل في العمل معها من المواد أحادية الاتجاه ولا تزال تحتوي على ألياف جيدة بشكل معقول لمنع سحبها.