Физические свойства композитных материалов определяются волокнами. Это означает, что при сочетании смолы и волокон их свойства очень похожи на свойства отдельных волокон. Данные испытаний показывают, что именно армированные волокнами материалы несут наибольшую нагрузку. Поэтому выбор ткани имеет решающее значение при проектировании композитных конструкций.
Начните процесс с определения типа армирования, необходимого для вашего проекта. Производители обычно предлагают выбор из трёх распространённых армирующих материалов: стекловолокна, углеродного волокна и кевлара (арамидного волокна). Стекловолокно, как правило, является универсальным выбором, в то время как углеродное волокно обеспечивает высокую жёсткость, а кевлар — высокую износостойкость. Имейте в виду, что различные типы тканей можно комбинировать в ламинатах, создавая гибридные стеки, сочетающие преимущества нескольких материалов.
Определившись с коллекцией тканей, выберите плотность и плетение, соответствующие вашим задачам. Чем легче ткань, тем легче её драпировать на сложнопрофильные поверхности. Лёгкие ткани также требуют меньше смолы, поэтому общий ламинат получается легче. По мере того, как ткани становятся тяжелее, они становятся менее гибкими. Ткани средней плотности сохраняют достаточную гибкость, чтобы покрывать большинство контуров, и значительно повышают прочность изделия. Они очень экономичны и позволяют производить прочные и лёгкие компоненты для автомобильной, морской и промышленной отраслей. Ровинговая нить — относительно тяжёлый армирующий материал, обычно используемый в судостроении и производстве пресс-форм.
Способ плетения ткани называется её узором или стилем. Выберите один из трёх распространённых видов переплетения: полотняное, атласное и саржевое. Полотняное переплетение — самое дешёвое и относительно неэластичное, но хорошо держит форму при раскрое. Частое перекрещивание нитей снижает прочность полотняного переплетения, хотя и достаточно для всех применений, кроме самых высокопрочных.
Сатиновое и саржевое переплетения мягче и прочнее полотняного. В сатиновом переплетении одна нить утка проходит над тремя-семью нитями основы, а затем прокладывается под другой. В этом свободном переплетении нить длиннее, что позволяет сохранить теоретическую прочность волокна. Саржевое переплетение представляет собой компромисс между сатиновым и полотняным переплетениями, с часто желаемым эффектом узора «ёлочка».
Технический совет: Чтобы ткань была более гибкой, разрежьте её под углом 45 градусов. При таком разрезе даже самые грубые ткани будут лучше драпироваться по фигуре.
Армирование стекловолокном
Стекловолокно – основа композитной промышленности. С 1950-х годов оно используется во многих композитных материалах, и его физические свойства хорошо изучены. Стекловолокно лёгкое, обладает умеренной прочностью на растяжение и сжатие, выдерживает повреждения и циклические нагрузки, а также удобно в обработке.
Стекловолокно — наиболее широко используемый из всех доступных композитных материалов. Это обусловлено, главным образом, его относительно низкой стоимостью и умеренными физическими свойствами. Стекловолокно отлично подходит для повседневных проектов и деталей, не требующих высокой прочности и долговечности, как у волокнистой ткани.
Для максимального повышения прочностных свойств стекловолокна его можно использовать с эпоксидной смолой и отверждать стандартными методами ламинирования. Стекловолокно идеально подходит для применения в автомобильной, судостроительной, 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 производстве армированных волокном пластиков (FRP). Композитный кевлар® отличается лёгкостью, превосходной удельной прочностью на разрыв и высокой ударопрочностью и износостойкостью. Кевлар® широко применяется в производстве лёгких корпусов, таких как каяки и каноэ, панелей фюзеляжа самолётов и сосудов высокого давления, перчаток, стойких к порезам, бронежилетов и многого другого. Кевлар® используется с эпоксидными или винилэфирными смолами.
Армирование углеродным волокном
Углеродное волокно содержит более 90% углерода и обладает самым высоким пределом прочности на разрыв среди всех стеклопластиков. Более того, оно также обладает самой высокой прочностью на сжатие и изгиб в отрасли. После обработки эти волокна объединяются в армирующие материалы из углеродного волокна, такие как ткани, жгуты и другие. Армирование углеродным волокном обеспечивает высокую удельную прочность и жёсткость, но, как правило, стоит дороже других армирующих материалов.
Для максимального повышения прочности углеродное волокно следует использовать с эпоксидной смолой, а его отверждение можно осуществлять стандартными методами ламинирования. Оно идеально подходит для применения в автомобильной, морской и аэрокосмической промышленности, а также часто используется в производстве спортивных товаров.
Время публикации: 19 июля 2022 г.
