Физические свойства композитных материалов определяются преимущественно волокнами. Это означает, что при соединении смолы и волокон их свойства очень похожи на свойства отдельных волокон. Данные испытаний показывают, что армированные волокнами материалы несут на себе основную нагрузку. Поэтому выбор ткани имеет решающее значение при проектировании композитных конструкций.
Начните с определения типа армирования, необходимого для вашего проекта. Типичные производители могут выбирать из трех распространенных армирующих материалов: стекловолокно, углеродное волокно и кевлар® (арамидное волокно). Стекловолокно, как правило, является универсальным выбором, в то время как углеродное волокно обеспечивает высокую жесткость, а кевлар® — высокую износостойкость. Следует помнить, что различные типы тканей можно комбинировать в ламинатах для образования гибридных конструкций, сочетающих в себе преимущества нескольких материалов.
После того, как вы определились с коллекцией тканей, выберите плотность и тип плетения, которые соответствуют потребностям вашей работы. Чем легче ткань по весу (в унциях), тем легче ее драпировать по сильно изогнутым поверхностям. Легкие ткани также требуют меньше смолы, поэтому общий вес ламината остается меньшим. Чем тяжелее ткань, тем менее гибкой она становится. Ткани средней плотности сохраняют достаточную гибкость, чтобы покрывать большинство контуров, и вносят значительный вклад в прочность детали. Они очень экономичны и позволяют производить прочные и легкие компоненты для автомобильной, морской и промышленной отраслей. Плетеные ровинги — это относительно тяжелые армирующие материалы, широко используемые в судостроении и изготовлении пресс-форм.
Способ плетения ткани определяется ее узором или стилем. Существует три распространенных типа плетения: простое, сатиновое и саржевое. Простое плетение — самое дешевое и относительно наименее гибкое, но оно хорошо держит форму при раскрое. Частое перекрещивание нитей снижает прочность простого плетения, хотя оно все еще достаточно прочное для всех, кроме самых высокоэффективных применений.
Сатиновое и саржевое переплетение мягче и прочнее, чем простое переплетение. В сатиновом переплетении одна уточная нить проходит над тремя-семью другими основными нитями, а затем пришивается под другую. В этом рыхлом типе переплетения нить длиннее, сохраняя теоретическую прочность волокна. Саржевое переплетение представляет собой компромисс между сатиновым и простым переплетением, с часто желаемым эффектом украшения в виде ёлочки.
Технический совет: Чтобы придать ткани большую эластичность, отрежьте ее от рулона под углом 45 градусов. При таком способе резки даже самые грубые ткани лучше облегают силуэт.
Армирование стекловолокном
Стекловолокно является основой индустрии композитных материалов. Оно используется во многих областях применения композитов с 1950-х годов, и его физические свойства хорошо изучены. Стекловолокно легкое, обладает умеренной прочностью на растяжение и сжатие, может выдерживать повреждения и циклические нагрузки, а также легко в обращении.
Стекловолокно — наиболее широко используемый из всех доступных композитных материалов. Это в основном связано с его относительно низкой стоимостью и умеренными физическими свойствами. Стекловолокно отлично подходит для повседневных проектов и деталей, которые не требуют дополнительной прочности и долговечности за счет большого количества волокнистой ткани.
Для максимального повышения прочности стекловолокна его можно использовать с эпоксидной смолой, а отверждение может осуществляться с помощью стандартных методов ламинирования. Оно идеально подходит для применения в автомобильной, морской, строительной, химической и авиационной промышленности, а также часто используется в производстве спортивных товаров.
Армирование кевларом®
Кевлар® был одним из первых высокопрочных синтетических волокон, получивших признание в индустрии армированных волокном пластмасс (FRP). Композитный кевлар® отличается легкостью, превосходной удельной прочностью на растяжение и считается очень ударопрочным и износостойким. Он широко применяется в легких корпусах, таких как байдарки и каноэ, панелях фюзеляжа и сосудах высокого давления самолетов, перчатках с защитой от порезов, бронежилетах и многом другом. Кевлар® используется с эпоксидными или винилэфирными смолами.
Армирование углеродным волокном
Углеродное волокно содержит более 90% углерода и обладает самой высокой предельной прочностью на растяжение в отрасли производства армированных волокном полимеров. Более того, оно также обладает самой высокой прочностью на сжатие и изгиб в отрасли. После обработки эти волокна соединяются, образуя армирующие материалы из углеродного волокна, такие как ткани, жгуты и другие. Армирование углеродным волокном обеспечивает высокую удельную прочность и жесткость, и, как правило, оно дороже, чем другие виды армирующих волокон.
Для максимального повышения прочности углеродного волокна его следует использовать с эпоксидной смолой, а отверждение может осуществляться с помощью стандартных методов ламинирования. Оно идеально подходит для применения в автомобильной, морской и аэрокосмической отраслях, а также часто используется в спортивных товарах.
Дата публикации: 19 июля 2022 г.
