Tkanina od aramida: Kako orijentacija vlakana utječe na čvrstoću i obradu

Para-aramidna pređa od 3,6 GPa među najvećim je dostupnim vlaknima za ojačanje, ali njezino tkanje u čvrstu tkaninu ravnog tkanja može smanjiti njezinu efektivnu vlačnu čvrstoću na otprilike dvije trećine te vrijednosti. Između svojstava vlakana i svojstava tkanine nije nedostatak - to je izravan rezultat orijentacije vlakana i geometrije tkanja. Za inženjere koji specificiraju ojačanje od tkanog aramida, razumijevanje načina na koji orijentacija kontrolira snagu i ključnu obradu je korak prije odabira materijala.

Što orijentacija vlakana zapravo znači u tkanoj aramidnoj tkanini

Orijentacija vlakana u tkanoj tkanini je smjer prije osnove, koja ide ispod 0 stupnjeva duž duljine valjka, i prije potka, koja se križa ispod 90 stupnjeva, u odnosu na putanju opterećenja u gotovom dijelu.

Za razliku od jednosmjerne trake, tkana tkanina nosi ojačanje u dva smjera u ravnini odjednom. Zato je tkani aramid specifičan za kacige, balističke ploče, štitove od eksplozije i kompozitne nosače koji gledaju opterećenja iz više kutova. No, dvosmjerna struktura ima svoju cijenu: svaka pređa osnove prelazi preko i ispod svake prijeđe potke, stvarajući zavoj koji se zove nabor. Molekule para-aramida visoko su poredane duž osi vlakna, tako da je vlakno jako zategnuto, ali slabo pod savijanjem i bočnim pritiskom. Crimp stoga prenosi stvarne gubitke čvrstoće izravno u tkaninu. Za širu usporedbu vrsta i primjena aramidnih tkanina, naš vodilica od aramidne tkanine pokriva cijeli raspon nekretnina.

Osnova i potka: snaga je usmjerena

Tkana aramidne tkanine je najčvršća kada je opterećenje usklađeno s prethodnom osnovom ili potkom, a brzo gubi čvrstoću kada se opterećenje primjenjuje između te dvije osi.

Za uravnoteženu 2/2 keper aramidnu tkaninu, tipično zadržavanje vlačne čvrstoće u odnosu na smjer osnove slijedi obrazac u nastavku. Vrijednost od 0 stupnjeva normalizirana je na 100 posto.

Na 45 stupnjeva nestaje više od 60 posto usklađene snage. Ovo je najčešći pojedinačni uzrok kvara u aramidnim laminatima: inženjeri dimenzioniraju dio na temelju podataka o rastezljivosti izmjerenih u smjeru savijanja, a zatim precjenjuju krutost i čvrstoću ploče izvan osi.

Za posudu pod pritiskom, školjku kacige ili ruku drona, dizajn mora ili orijentirati svaki sloj tako da prvenstveno opterećenje slijedi temelj ili potku, ili napraviti laminat s 0/90 i plus/minus 45 slojeva da pokrije omotnicu punog opterećenja.

Uzorak tkanja: savijanje kontrolira prijenos snage

Gušći uzorak tkanja proizvodi veću skupljanje, a veće skupljanje smanjuje postotak vlačne čvrstoće vlakana koja postiže gotov laminat - vrijednost koja se naziva učinkovitost translacije čvrstoće.

Uzorak tkanja je drugi sloj kontrole orijentacije. Ravno tkanje (1/1) prolazi svaku pređu preko jedne i ispod jedne, kruto zaključavajući strukturu. Keper (2/2) lebdi prijeđe preko dva susjeda, a saten (4H) stvara duge lebdeće niti s minimalnim uvijanjem. Kompromis je dosljedan: manja uvijenost poboljšava translaciju čvrstoće i drapabilnost, ali slabu stabilnost površine i otpornost na klizanje.

Kako mijenja orijentaciju rezanje, drapiranje i vlaženje smolom

Orijentacija vlakana i gustoća tkanja određuju kako se aramidna tkanina ponaša u tri proizvodne faze u kojima nastaje većina otpada: rezanje, slaganje i ulijevanje smole.

• Rezanje. Aramidne pređe fibriliraju pod smicanjem, a nagnute pređe na sječištima tkanja čine čiste rezove tvrdim nego u karbonskoj tkanini. Ultrazvučni noževi ili rezanje vodenim mlazom proizvode čiste rubove; kružni rezači s karbidnim vrhom koji rade smanjenom brzinom također rade ako je oštrica svježa.
• Drapiranje. Na dvostruko zakrivljenom kalupu, čvrsto platno tkanje opire se smicanju u ravnini, pa se nabora umjesto da se prilagodi. Keper i saten omogućuju rotaciju prijeđe unutar tkanine, što omogućuje smicanje sloja u obliku kalupa bez savijanja vlakana.
• Vlaženje. Smola teče duž snopova vlakana, a svako sječište tkanja potencijalno je ograničeno protoka. Gusto platno tkanje usporava vlaženje i može zadržati zrak, dok se zadrži ili saten sa slabijim uvijanjem brže vlaži i postigne manji sadržaj šupljine.

Odabir prave aramidne tkanine za proizvodnju

Odaberite ravnotežu osnove i potke te uzorak tkanja na temelju dominantnog slučaja opterećenja i proizvodnog procesa - ne samo na temelju vlačne čvrstoće vlakna.

Proradite odabir ovim redoslijedom:

1. Odredite primarni smjer opterećenja i usmjerite rolu tako da se niti osnove poravnaju s tom osi.
2. Odaberite uzorak tkanine: običan za stabilnost površine, držač za uravnoteženu čvrstoću i drapiranje, saten za maksimalnu čvrstoću.
3. Provjerite ravnotežu osnove i potke: 50/50 za grubo izotropni odgovor ili specijalizirane omjere za usmjerenu krutost.
4. Uskladite površinsku težinu i skupljanje sa sustavom smole: smole za infuziju niske viskoznosti podnose gusta tkanja bolje od filmskih ljepila.
5. Potvrdite širinu tkanine, duljinu uloge i kvalitetu spajanja s dobavljačem prije ponude dijela.

Za dijelove koji trebaju i aramidnu žilavost i ugljičnu krutost, aramidno-ugljične hibridne tkanine postavljaju svaku vrstu vlakana u isti tkani sloj, što pojednostavljuje kontrolu orijentacije u usporedbi sa slaganjem zasebnih slojeva. Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd. , proizvođač kompozita s punim procesom s pogonom od 32.000 m2 i 10 proizvodnih linija, isporučuje tkanine od aramida i hibridne tkanine od aramida i ugljika u kontroliranim omjerima osnove/potke i prilagođenim širinama. Njihov inženjerski tim može uskladiti uzorak tkanja s vašim postupkom infuzije ili preprege.

Aramidna tkanina za visoke temperature za slaganje otporno na plamen Ova para-aramidna ili meta-aramidna tkanina održava cjelovitost iznad 200°C bez topljenja, nudeći kontrolirano savijanje za predvidljiv prijenos čvrstoće. Pogodan je za toplinske barijere i strukturna ojačanja u okruženjima visoke topline. Pogledajte proizvod →

Za slaganje otporno na visoke temperature i plamen, ista tvornica proizvodi tkaninu od aramida u kontroliranom rasponu savijanja, koji održava prijenos čvrstoće predvidljivim od role do role.

Aramidno-ugljična hibridna tkanina od 3K platna i kepera Kombinirajući aramidnu žilavost s karbonskom krutošću u jednom sloju tkanine, ova hibridna tkanina poboljšava otpornost na udarce i performanse pri visokim temperaturama. Njegove obične ili keper varijante omogućuju drapabilnost i podešavanje modula, idealne za zrakoplovne i automobilske dijelove. Pogledajte proizvod →

Prije naručivanja velikih količina provjerite težinu skupljanja i površinu u odnosu na vaše projektne dopuštene vrijednosti. Promjena s držačem na satenu pri istoj površinskoj težini može pomaknuti modul elastičnosti laminata za 5 do 10 posto uz poboljšanje drapabilnosti - a taj prijelaz obično vrijedi više od male promjene u stupnju vlakana.

Često postavljana pitanja