Con i prodotti in fibra di carbonio, la prima cosa che le persone sentono quando vedono un prodotto con un motivo in fibra di carbonio è che è bello e ha un senso della moda e della tecnologia. Oggi vedremo come è possibile utilizzare diversi modelli di fibra di carbonio per realizzare prodotti in fibra di carbonio.
Innanzitutto sappiamo che le fibre di carbonio non vengono prodotte singolarmente, ma in fasci. Il numero di fibre di carbonio in ciascun fascio può variare leggermente, ma in generale possono essere divise in 1000, 3000, 6000 e 12000, che è il concetto familiare di 1k, 3k, 6k e 12k.
La fibra di carbonio si presenta spesso sotto forma di tessuto, il che la rende più facile da maneggiare e può conferirle maggiore resistenza a seconda dell'applicazione. Di conseguenza, esistono diversi tipi di trama utilizzati per i tessuti in fibra di carbonio. Le più comuni sono l'armatura tela, l'armatura saia e l'armatura raso, che descriveremo in dettaglio separatamente.
Fibra di carbonio a trama normale
I pannelli in fibra di carbonio in armatura tela sono simmetrici e hanno l'aspetto di una piccola scacchiera. In questo tipo di trama, i filamenti sono intrecciati secondo uno schema alto-basso. La piccola distanza tra le file di filamenti centrali conferisce alla trama semplice un'elevata stabilità. La stabilità della trama è la capacità del tessuto di mantenere l'angolo di trama e l'orientamento delle fibre. A causa della sua elevata stabilità, l'armatura a tela è meno adatta per laminazioni con contorni complessi e non è flessibile come altri tipi di armatura. In generale, le armature semplici sono adatte per l'aspetto di pannelli piatti, tubi e strutture curve 2D.
Uno svantaggio di questo tipo di tessitura è la forte curvatura del fascio di filamenti dovuta alla piccola distanza tra gli intrecci (l'angolo formato dalle fibre durante la tessitura, vedi sotto). Questa curvatura provoca concentrazioni di stress che indeboliscono la parte nel tempo.
Fibra di carbonio con trama saia
Il twill è un'armatura intermedia tra la tela e il raso, di cui parleremo più avanti. Il twill ha una buona flessibilità, può essere modellato in contorni complessi e mantiene la stabilità dell'armatura meglio dell'armatura satinata, ma non così bene dell'armatura normale. In un'armatura a saia, se si segue un fascio di filamenti, salirà per un certo numero di filamenti e poi scenderà per lo stesso numero di filamenti. Il motivo su/giù crea l'aspetto di frecce diagonali chiamate "linee twill". La spaziatura più ampia tra le trecce in twill rispetto alla trama semplice significa meno anelli e meno rischio di concentrazione dello stress.
Twill 2x2 è probabilmente il tessuto in fibra di carbonio più conosciuto nel settore. Viene utilizzato in molte applicazioni cosmetiche e decorative, ma offre anche un'eccellente funzionalità, è moderatamente flessibile e moderatamente resistente. Come suggerisce il nome 2x2, ciascun fascio di filamenti passa attraverso due filamenti e poi risale attraverso due filamenti. Allo stesso modo, il twill 4x4 passa attraverso 4 fasci di filamenti e poi risale attraverso 4 fasci di filamenti. La sua formabilità è leggermente migliore di quella del twill 2x2, poiché la trama è meno fitta ma anche meno stabile.
Tessuto satinato
L'armatura del raso ha una lunga storia nella tessitura e veniva utilizzata nei primi tempi per realizzare tessuti di seta con un eccellente drappeggio che appariva liscio e senza cuciture allo stesso tempo. Nel caso dei compositi, questa capacità di drappeggio consente di modellare e avvolgere facilmente contorni complessi. La facilità con cui il tessuto può essere modellato fa sì che sia meno stabile. Le armature di raso per finimenti comuni sono 4 finimenti in raso (4HS), 5 finimenti in raso (5HS) e 8 finimenti in raso (8HS). All’aumentare del numero di armature satinate, aumenterà la formabilità e diminuirà la stabilità del tessuto.
Il numero nel nome dell'imbracatura satinata indica il numero totale di imbracature che salgono e scendono. A 4HS ci saranno più di tre imbracature su e una giù. A 5HS ci saranno più di 4 fili verso l'alto e poi 1 filo verso il basso, mentre a 8HS ci saranno 7 fili verso l'alto e poi 1 filo verso il basso.
Pacchetto di filamenti a larghezza estesa e pacchetto di filamenti standard
Le fibre di carbonio del tessuto unidirezionale non hanno stato di flessione e possono resistere bene alle forze. I fasci di filamenti di tessuto devono essere piegati su e giù nella direzione ortogonale e la perdita di resistenza può essere significativa. Pertanto, quando i fasci di fibre vengono intrecciati su e giù per formare un tessuto, la resistenza viene ridotta a causa dell'arricciatura del fascio. Quando si aumenta il numero di filamenti in un fascio di filamenti standard da 3k a 6k, il fascio di filamenti diventa più grande (più spesso) e l'angolo di piegatura diventa maggiore. Un modo per evitare ciò è quello di dispiegare i filamenti in fasci più larghi, operazione chiamata dispiegamento del fascio di filamenti e creando un tessuto chiamato anche tessuto disteso, che presenta molti vantaggi.
L'angolo di arricciatura del fascio di filamenti spiegati è inferiore all'angolo di tessitura di un fascio di filamenti standard, riducendo così i difetti incrociati aumentando la levigatezza. L'angolo di piegatura più piccolo si tradurrà in una maggiore resistenza. I materiali a fascio di filamenti sparsi sono anche più facili da lavorare rispetto ai materiali unidirezionali e hanno comunque una resistenza alla trazione delle fibre abbastanza buona.
Tessuti unidirezionali
I tessuti unidirezionali sono anche conosciuti nel settore come tessuti UD e, come suggerisce il nome, "uni" significa "uno", dove tutte le fibre puntano nella stessa direzione. I tessuti unidirezionali (UD) presentano numerosi vantaggi in termini di durata. I tessuti UD non sono tessuti e non presentano fasci di fili intrecciati e ad anello. Solo i filati continui altamente orientati forniscono ulteriore resistenza e rigidità. Un altro vantaggio è la possibilità di regolare la resistenza del prodotto modificando l'angolo e il rapporto delle sovrapposizioni. Un buon esempio è l'uso di tessuti unidirezionali per i telai delle biciclette per ottimizzare la struttura degli strati per regolare le prestazioni. Il telaio deve rimanere rigido nella zona del movimento centrale per trasferire l'energia del ciclista alle ruote, ma allo stesso tempo essere flessibile e flessibile. La tessitura unidirezionale consente di scegliere la direzione esatta della fibra di carbonio per ottenere la resistenza richiesta.
Uno dei maggiori svantaggi del tessuto unidirezionale è la sua scarsa manovrabilità. Il tessuto unidirezionale si dipana facilmente durante la laminazione perché non ha fibre intrecciate che lo tengono insieme. Se le fibre non sono posizionate correttamente è quasi impossibile posizionarle correttamente. Possono verificarsi problemi anche durante il taglio del tessuto unidirezionale. Se le fibre vengono strappate in un certo punto del taglio, quelle sciolte vengono trasportate lungo l'intera lunghezza del tessuto. In genere, se si scelgono tessuti unidirezionali per la stratificazione, vengono utilizzati tessuti semplici, twill e satin per il primo e l'ultimo strato per contribuire a migliorare la lavorabilità e la durata della parte. Negli strati intermedi vengono utilizzati tessuti unidirezionali per controllare con precisione la resistenza dell'intera parte.
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Orario di pubblicazione: 16 giugno 2023
