Właściwości fizyczne materiałów kompozytowych są zdominowane przez włókna. Oznacza to, że po połączeniu żywicy i włókien ich właściwości są bardzo zbliżone do właściwości pojedynczych włókien. Dane testowe pokazują, że materiały wzmocnione włóknami przenoszą największe obciążenia. Dlatego dobór tkaniny ma kluczowe znaczenie przy projektowaniu konstrukcji kompozytowych.
Rozpocznij proces od określenia rodzaju wzmocnienia potrzebnego w Twoim projekcie. Typowi producenci mogą wybierać spośród trzech popularnych materiałów wzmacniających: włókna szklanego, włókna węglowego i Kevlaru® (włókna aramidowego). Włókna szklane są zazwyczaj wyborem uniwersalnym, natomiast włókna węglowe oferują wysoką sztywność, a Kevlar® wysoką odporność na ścieranie. Należy pamiętać, że rodzaje tkanin można łączyć w laminatach, tworząc hybrydowe układy łączące zalety więcej niż jednego materiału.
Po wybraniu kolekcji tkanin, wybierz gramaturę i splot, które odpowiadają potrzebom Twojej pracy. Im lżejsza jest tkanina, tym łatwiej ją układać na powierzchniach o ostrych konturach. Lekkie tkaniny zużywają również mniej żywicy, więc cały laminat jest lżejszy. Wraz ze wzrostem ciężaru tkaniny stają się mniej elastyczne. Tkaniny o średniej gramaturze zachowują wystarczającą elastyczność, aby pokryć większość konturów i znacząco przyczyniają się do wytrzymałości elementu. Są bardzo ekonomiczne i pozwalają na produkcję wytrzymałych i lekkich komponentów do zastosowań motoryzacyjnych, morskich i przemysłowych. Plecione włóczki to stosunkowo ciężkie wzmocnienia powszechnie stosowane w przemyśle stoczniowym i produkcji form.
Sposób tkania tkaniny jest uważany za jej wzór lub styl. Wybierz jeden z trzech popularnych splotów: płócienny, satynowy i skośny. Sploty płócienne są najtańsze i stosunkowo najmniej elastyczne, ale dobrze trzymają się podczas cięcia. Częste krzyżowanie się nitek w górę i w dół zmniejsza wytrzymałość splotu płóciennego, choć nadal wystarczają do wszystkich zastosowań, poza tymi o najwyższej wydajności.
Sploty satynowe i skośne są bardziej miękkie i mocniejsze niż sploty płócienne. W splocie satynowym jedna nić wątku przeplata się z trzema do siedmiu nitkami osnowy, a następnie jest wszywana pod drugą. W tym luźnym splocie nić jest dłuższa, zachowując teoretyczną wytrzymałość włókna. Splot skośny stanowi kompromis między splotem satynowym a płóciennym, z często pożądanym efektem jodełki.
Wskazówka techniczna: Aby zwiększyć elastyczność materiału, odetnij go z rolki pod kątem 45 stopni. W ten sposób nawet najgrubsze tkaniny lepiej układają się na sylwetce.
Wzmocnienie włóknem szklanym
Włókno szklane stanowi fundament przemysłu kompozytowego. Jest wykorzystywane w wielu zastosowaniach kompozytowych od lat 50. XX wieku, a jego właściwości fizyczne są dobrze poznane. Włókno szklane jest lekkie, charakteryzuje się umiarkowaną wytrzymałością na rozciąganie i ściskanie, jest odporne na uszkodzenia i obciążenia cykliczne oraz łatwe w obróbce.
Włókno szklane jest najszerzej stosowanym ze wszystkich dostępnych materiałów kompozytowych. Wynika to głównie z jego stosunkowo niskiego kosztu i umiarkowanych właściwości fizycznych. Włókno szklane doskonale sprawdza się w codziennych projektach i elementach, które nie wymagają dużej ilości tkaniny włóknistej, co zwiększa wytrzymałość i trwałość.
Aby zmaksymalizować właściwości wytrzymałościowe włókna szklanego, można je stosować z żywicą epoksydową i utwardzać standardowymi technikami laminowania. Idealnie nadaje się do zastosowań w przemyśle motoryzacyjnym, morskim, budowlanym, chemicznym i lotniczym, a także jest często wykorzystywane w artykułach sportowych.
Wzmocnienie Kevlar®
Kevlar® był jednym z pierwszych włókien syntetycznych o wysokiej wytrzymałości, które zyskały uznanie w branży tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami (FRP). Kevlar® klasy kompozytowej jest lekki, charakteryzuje się doskonałą wytrzymałością na rozciąganie i jest uważany za wysoce odporny na uderzenia i ścieranie. Typowe zastosowania obejmują lekkie kadłuby, takie jak kajaki i kanadyjki, panele kadłubów samolotów i zbiorniki ciśnieniowe, rękawice odporne na przecięcia, kamizelki kuloodporne i wiele innych. Kevlar® jest stosowany z żywicami epoksydowymi lub winyloestrowymi.
Wzmocnienie z włókna węglowego
Włókno węglowe zawiera ponad 90% węgla i charakteryzuje się najwyższą wytrzymałością na rozciąganie w branży FRP. Co więcej, charakteryzuje się również najwyższą wytrzymałością na ściskanie i zginanie w branży. Po przetworzeniu włókna te łączą się, tworząc wzmocnienia z włókna węglowego, takie jak tkaniny, kable i inne. Wzmocnienia z włókna węglowego zapewniają wysoką wytrzymałość właściwą i sztywność, a jednocześnie są zazwyczaj droższe niż inne wzmocnienia z włókien.
Aby zmaksymalizować właściwości wytrzymałościowe włókna węglowego, należy je stosować z żywicą epoksydową i utwardzać standardowymi technikami laminowania. Idealnie nadaje się do zastosowań w motoryzacji, przemyśle morskim i lotniczym, a także jest często wykorzystywane w artykułach sportowych.
Czas publikacji: 19 lipca 2022 r.
