Explicação dos tecidos de fibra de carbono:tipos, aplicações e benefícios

Se você já se perguntou por que um pedaço de fibra de carbono pode parecer diferente de outro pedaço de fibra de carbono, você não está sozinho. A fibra de carbono vem em muitas tramas diferentes e cada uma serve a uma finalidade diferente, e não é apenas cosmética.

As fibras de carbono são feitas de precursores como poliacrilonitrila (PAN) e rayon. As fibras precursoras são tratadas quimicamente, aquecidas e esticadas, e depois carbonizadas, para criar fibras de alta resistência. Essas fibras, ou filamentos, são então agrupados em feixes que são identificados pelo número de filamentos de carbono que contêm. As classificações de reboque comuns são 3k, 6k, 12k e 15k. O “k” refere-se a mil, então um reboque de 3k é feito de 3.000 filamentos de carbono. Um reboque padrão de 3k tem normalmente 0,125" de largura, então há muita fibra compactada em um espaço pequeno. Um reboque de 6k tem 6.000 filamentos de carbono, um de 12k tem 12.000 filamentos e assim por diante. Esse grande número de fibras de alta resistência agrupadas é o que torna a fibra de carbono um material tão forte.

Fibra de carbono tecida

A fibra de carbono normalmente vem na forma de um tecido, o que facilita o trabalho e pode proporcionar resistência estrutural adicional dependendo da aplicação. Por causa disso, existem muitos tecidos diferentes usados para tecidos de fibra de carbono. Os mais comuns são Liso, Sarja e Chicote de Cetim, e entraremos em mais detalhes sobre cada um.

Tecido Simples

Uma folha de fibra de carbono de trama simples parece simétrica com uma pequena aparência em estilo xadrez. Nesta trama, os reboques são tecidos em um padrão acima/abaixo. O curto espaço entre os entrelaçados confere ao tecido liso um alto nível de estabilidade. A estabilidade do tecido é a capacidade de um tecido manter seu ângulo de trama e orientação da fibra.  Devido a este alto nível de estabilidade, o liso não é adequado para layups com contornos complexos, não será tão flexível quanto alguns dos outros tecidos. Geralmente, os tecidos de trama simples são adequados para folhas planas, tubos e curvas 2D.

Uma desvantagem desse padrão de trama é a forte ondulação (o ângulo que a fibra faz quando tecida, veja abaixo) nos cabos devido à curta distância entre os entrelaçamentos. A crimpagem severa pode criar concentrações de tensão que podem enfraquecer a peça ao longo do tempo.

Tecido de Sarja

A sarja serve como uma ponte entre a trama simples e as tramas de cetim que discutiremos a seguir. A sarja tem boa flexibilidade e pode formar contornos complexos, e é melhor para manter a estabilidade do tecido do que um tecido de cetim com arnês, mas não tão bom quanto o tecido simples. Se você seguir um fio de reboque em sarja, ele passará por um determinado número de reboques e, em seguida, por baixo do mesmo número de reboques. O padrão acima/abaixo cria uma aparência de ponta de seta diagonal, conhecida como “linha de sarja”. A distância maior entre os entrelaçamentos de reboque significa menos ondulações em comparação com uma trama simples e menos concentrações potenciais de tensão.

Sarja 2×2

sarja 4×4

A sarja 2×2 é provavelmente o tecido de fibra de carbono mais reconhecido na indústria. É utilizado em diversas aplicações cosméticas e decorativas, mas também possui grande funcionalidade, possui conformabilidade moderada e estabilidade moderada. Como o nome 2×2 indica, cada reboque passará por 2 reboques e depois por dois reboques. Da mesma forma, o 4×4 Twill passará por 4 reboques e depois por baixo de 4 reboques. Possui um pouco mais de conformabilidade que a Sarja 2×2, já que a trama não é tão justa, mas também terá menos estabilidade.

Arreios de trama de cetim

A trama de cetim foi projetada há milhares de anos para fazer tecidos de seda com excelentes qualidades de drapeado, ao mesmo tempo que parecem suaves e sem costuras. Para compósitos, essa adaptabilidade significa que ele pode facilmente formar e envolver contornos complexos. Como o tecido é tão moldável, espera-se que ele tenha baixa estabilidade. Os tecidos de cetim de arnês comuns são 4 arreios de cetim (4HS), 5 arreios de cetim (5HS) e 8 arreios de cetim (8HS). À medida que você aumenta o número de tramas de cetim, a conformabilidade aumentará e a estabilidade do tecido diminuirá.

4HS

5HS

8HS

O número nos nomes do Harness Satin indica o número total de reboques passados ​​e por baixo. Para 4HS, ele passará por 3 reboques e depois por menos de 1. Para 5HS, passará por 4 e depois por menos de 1, e 8HS passará por 7 e menos de 1.

Reboque espalhado versus reboque padrão

O material de reboque espalhado pode ser um bom compromisso entre o uso de material unidirecional e material tecido padrão. À medida que um cabo de fibra sobe e desce para criar um tecido, a resistência é reduzida devido à ondulação do cabo. À medida que você aumenta o número de filamentos em um reboque padrão, de 3k para 6k, por exemplo, o reboque fica maior (mais grosso) e o ângulo de crimpagem fica mais severo. Uma maneira de evitar isso é espalhar os filamentos em um reboque mais amplo, isso é chamado de reboque espalhado e há alguns benefícios obtidos ao fazer isso.

O reboque espalhado oferece um ângulo de crimpagem menor do que um tecido de reboque padrão e pode diminuir os defeitos de cruzamento aumentando a suavidade. Um ângulo de crimpagem menor resultará em maior resistência. O material de reboque espalhado também é mais fácil de trabalhar do que o material unidirecional e ainda tem uma prevenção de tração de fibra razoavelmente boa.

Tecido simples de reboque espalhado

Tecido de sarja espalhada

Unidirecional

Como o nome indica, uni, que significa um, todas as fibras estão orientadas na mesma direção. Isso proporciona ao tecido unidirecional (UD) alguns benefícios de alta resistência. O tecido UD não é tecido, não há fibras entrelaçadas com ondulações que possam enfraquecer a estrutura. Em vez disso, existem fibras contínuas que aumentam a resistência e a rigidez. Outro benefício é a capacidade de personalizar a disposição com melhor controle das características de desempenho. O quadro de uma bicicleta é um bom exemplo de como o tecido UD pode ser usado para ajustar o desempenho. O quadro deve ser rígido e rígido na área do movimento central para transferir a potência do piloto para as rodas, mas o quadro também precisa ter alguma flexibilidade e flexibilidade para não bater no piloto. Com o material UD você pode escolher a direção precisa das fibras para obter a resistência necessária.

Uma grande desvantagem do UD é sua funcionalidade. O UD tende a se desfazer facilmente durante o processo de disposição, uma vez que não possui fibras entrelaçadas para mantê-lo unido. Se as fibras forem colocadas incorretamente, pode ser quase impossível reorientá-las corretamente novamente. Usinar peças feitas com tecido UD também pode causar problemas. Se houver alguma fibra puxada para cima onde os recursos foram cortados, essas fibras soltas podem puxar toda a peça. Normalmente, se o material UD for escolhido para uma disposição, uma camada de material tecido é usada para a primeira e a última camada para auxiliar na usinabilidade e na durabilidade da peça. Isso é o que é feito desde estruturas de drones amadores até peças de foguetes de produção. Se você gostou deste post ou tem alguma dúvida adicional, deixe um comentário abaixo.   Fontes e sites de referência:https://store.acpsales.com/products/3495/woven-fabric-style-guide