在認識碳纖維增強塑料複合材料製品時,很多人看到具有碳纖維(wéi)紋路的製(zhì)品第一感覺就是酷,具有時尚科技感。今天xk8100星空传媒就來探討不同碳(tàn)纖(xiān)維紋路來做碳纖維複(fù)合材料製品有什麽不一樣。
碳纖維在複合材料中(zhōng)起(qǐ)到承載載荷的作用,外界作用於(yú)CFRP複合材料上(shàng)的力都會經塑料傳遞給碳纖維,所(suǒ)以對(duì)CFRP複合材(cái)料的破壞首先要破壞碳纖維。
那麽對碳纖維的破壞基本可分兩種,一種是平行於碳纖維方向的拉伸力,這個力會將(jiāng)碳纖維拉斷(duàn),所以要求碳纖維具備較高(gāo)的拉伸強度;另一種是(shì)剪切力,這個力垂直(zhí)於碳纖維方向,要求碳纖維具備較高(gāo)的抗剪切強度。可惜在(zài)所有碳纖維供應商產品性能參數(shù)一欄裏都沒(méi)有出(chū)現碳(tàn)纖維剪(jiǎn)切強(qiáng)度的表述。這是因為首先碳纖維剪(jiǎn)切強度很小,另一方麵碳纖維本身屬於一維(wéi)材料,在直徑尺度很小,對碳纖維製品的任何剪切力都可以(yǐ)分解(jiě)成不同方向碳纖維的(de)拉伸力。
有了這個概念,那麽進行複合材(cái)料(liào)製品設計過程中,盡可能了解製品的受力情況,然(rán)後對製品的纖維排布方向(xiàng)進行針對性的優化,盡可能的使作用於碳纖維(wéi)複合材料外力分解成不同方向上(shàng)碳纖維(wéi)的拉(lā)伸力,因為拉伸強度(dù)高是碳纖維的最大優(yōu)勢,以己之長攻彼之短嘛。二維的編(biān)織布是製造碳纖維複合材料製(zhì)品和預浸料的原(yuán)料,也是進(jìn)行纖維(wéi)排布(bù)方向優化的基礎。那麽對不同(tóng)碳纖維布(bù)編製方向的(de)了解將會有助於碳纖維複合材料製品的設計。
平紋編織的特(tè)點是經紗和緯紗以(yǐ)一(yī)上一下的規律交織。也就是經緯紗(shā)每隔一根紗就交錯一次,所以交(jiāo)織點最多,使織物堅牢、耐磨、硬挺、平整,但彈性較小,光澤一般,平紋織物密度不可能太高,較為輕薄,耐磨性較好,透氣性較好,布麵均勻且正反麵相同。這種碳纖維布的纖(xiān)維束由於一直處於上下起伏的狀態,纖維彎曲點比較多,在受拉伸過程中伸長率較高。同時由於相鄰兩根經紗和相鄰兩根緯紗(shā)交織點(diǎn)位置由於(yú)纖維束的(de)滑動出現眼(yǎn)孔。平紋編織的變(biàn)種(zhǒng)形式(shì)也很多,比如12K經(jīng)紗與1K緯(wěi)紗混合編織。由於經線和緯線方(fāng)向上纖維束的反射光不同,因此平紋編織纖維布可觀察到格子狀(zhuàng)的外觀,類似於國際象棋的棋盤。


斜紋編織纖維(wéi)布具有與(yǔ)纖維束排布方向有一定夾角的斜向紋路,這個紋路方向上並不存在纖維束,而是由於纖(xiān)維束經緯向編織(zhī)過程,經向或緯向纖維束跳過兩束緯(wěi)向或經向纖維進行編織。也就是纖維束一上一(yī)下的編織頻率減(jiǎn)小,纖維(wéi)束(shù)浮長增大,同(tóng)時(shí)相鄰(lín)兩(liǎng)個纖維束錯開一個編織位。這(zhè)樣就造成了斜紋編織布的斜向紋路特點。這種(zhǒng)斜紋(wén)外觀具有很強(qiáng)的(de)立體感,用來(lái)做(zuò)汽車改裝製品,比如麵(miàn)板、引擎蓋(gài)、排(pái)氣筒等(děng)。

緞紋編織具備單獨的、互不(bú)連續的經交織點(或緯交織點)在組織循環中有規律的均勻分布,這樣的編織形(xíng)式稱為緞紋。它的特點(diǎn)是經線(或緯線)浮線(xiàn)較長,交織點較少,它們雖形成斜線,但不是連續的,相互間隔距離有規律而均勻,此纖維(wéi)布結構形式稱(chēng)為緞(duàn)紋組織。緞紋纖維布經紗(shā)和緯紗至少(shǎo)隔(gé)三根才交織一次,因此(cǐ)這種編織結(jié)構使(shǐ)織物(wù)密度更高(gāo),因而纖維布更加(jiā)厚實。這種緞紋(wén)纖維布表麵平(píng)滑勻整,質地柔軟,富有光澤(zé)或稍呈紋路(lù)。這(zhè)類(lèi)纖維布強度低於平紋和斜紋。

這三種(zhǒng)編織形態由於碳纖維束受到彎曲和其他纖維束的(de)影響造成碳纖維布的強(qiáng)度(dù)有差異,而且表征(zhēng)碳纖維編織(zhī)布強度(dù)會有拉伸力、撕扯力、頂(dǐng)破力、彎曲力等,這些也是隨著編織方(fāng)式的不同各有差(chà)異。總體來說在碳纖維束排布方向上的拉伸強度與纖維強度和纖維摩擦力(lì)相關。而與纖(xiān)維束不同的(de)方向上的拉伸力則與纖維(wéi)的編織(zhī)形態關係較大了,一方麵這一拉伸力可分為纖(xiān)維平行方(fāng)向和垂直方向上的(de)力(lì),平行方向的力要求纖維(wéi)強度高,垂直方(fāng)向上的力則與編織形態對纖維束的阻力有關了。
在研究編織結構對織物強度的(de)影響則有平紋>斜紋>緞紋。而在撕扯強度方麵則有緞紋>斜紋>平紋。不過單獨研究編製結構對複合(hé)材料的影響(xiǎng)有一些(xiē)片麵,需要(yào)綜合基體材料及製品受力情況來考量。