Виды полотна углепластика (карбона)
Полотно определяет не только внешний вид получившегося карбона, но и его прочностные и технологические характеристики. От плетения и плотности углеполотна зависит и то, как легко и качественно можно выложить полотно в форме при заливке смолой.
Виды плетений полотна
Полотно (Plane Weave, P) — самый плотный и прочный вид плетения, самый распространенный. Нити утка и основы переплетаются поочередно.
Елочка (Twill, T) — саржевое плетение, наиболее универсальное полотно. Нити утка и основы переплетаются через две нити.
Еще одна разновидность елочки
Сатин (Satin WEAVE, R) — наименее плотное и самое пластичное полотно. Рыхлость полотну придают особенности плетения: каждая нить утка и основы проходит на несколькими нитями утка или основы.
Реже используется корзинное плетение — Leno, Basket Weave.
Схематически виды плетения карбонового полотна представлены на рисунке.
Правила выбора углеполотна
Выбор текстиля определяется назначением, способом использования углеволокна и способом получения углепластика. Его основными характеристиками являются:
- Плотность, масса на единицу площади г/м.кв,
- Линейная плотность, количество нитей на 1 см2 в каждом направлении,
- Число К, количество тысяч элементарных нитей углерода (цепочек) в одной нити. Наиболее распространено волокно с К3. Обычно К=6-12-24-48.
Для автотюнинга чаще всего используются полотна плотностью 150-600 г/м.куб с толщиной волокон 1-12К. А для велосипедных рам К3.
Технические характеристики волокон карбона
Для углеродных волокон основными механическими характеристиками являются предел прочности на растяжение σв и предел прочности на единицу объема, а также модуль упругости, определяющий эластичность и способность работать на изгиб. Механические свойства сильно зависят от ориентации волокон, то есть они анизотропны. Технические характеристики, как правило, приводятся для продольного направления.
Углеродные волокна обладают следующими механическими характеристиками по сравнению с армирующими металлическими, стекловолокном и полимерными волокнами.
|
Волокно (проволока) |
ρ, кг/ м³ |
Тпл, °C |
σB, МПа |
σB/ρ, МПа/кг*м-3 |
|
Алюминий |
2 687 |
660 |
620 |
2 300 |
|
Асбест |
2 493 |
1 521 |
1 380 |
5 500 |
|
Бериллий |
1 856 |
1 284 |
1 310 |
7 100 |
|
Карбид бериллия |
2 438 |
2 093 |
1 030 |
4 200 |
|
Углерод |
1 413 |
3 700 |
2 760 |
157 |
|
Стекло E |
2 548 |
1 316 |
3 450 |
136 |
|
Стекло S |
2 493 |
1 650 |
4 820 |
194 |
|
Графит |
1 496 |
3 650 |
2 760 |
184 |
|
Молибден |
0 166 |
2 610 |
1 380 |
14 |
|
Полиамид |
1 136 |
249 |
827 |
73 |
|
Полиэфир |
1 385 |
248 |
689 |
49 |
|
Сталь |
7 811 |
1 621 |
4 130 |
53 |
|
Титан |
4 709 |
1 668 |
1 930 |
41 |
|
Вольфрам |
19 252 |
3 410 |
4 270 |
22 |
Например, параметры углеродных волокон Toray из полиакрилата (PAN) c высокой прочностью на растяжение High Modulus Carbon Fiber.
| Волокно (fiber) | Модуль упругости (msi) | Предел прочности (ksi) |
| M35J |
50 |
683 |
| M40J |
57 |
398 |
| M40J |
55 |
640 |
| M46J |
63 |
611 |
| M50J |
69 |
597 |
| M55J |
78 |
583 |
| M60J |
85 |
569 |
Существует взаимосвязь — чем выше предел прочности, тем ниже модуль упругости.
Что определяет технические характеристики карбоновых композитов
При подборе материала очень важно найти оптимальный баланс между этими характеристиками, подбирая слои, направление волокна, метод плетения и плотность.
Механические свойства композитов определяются следующими параметрами:
- Тип карбонового волокна и смолы,
- Тип плетения, ориентация волокон,
- Соотношение волокон (объем волокна) и смолы в композиции,
- Плотность, однородность, пористость и пр.
