Тканая арамидная ткань: как ориентация волокон влияет на прочность и обработку

Параарамидная пряжа с плотностью 3,6 ГПа является одним из самых прочных доступных армирующих волокон, однако вплетение ее в плотную ткань полотняного переплетения может снизить ее эффективную прочность на разрыв примерно до двух третей этого значения. Разрыв между свойствами волокна и свойствами ткани не является дефектом, а является прямым результатом ориентации волокон и геометрии переплетения. Для инженеров, выбирающих тканые арамидные армирующие материалы, понимание того, как ориентация влияет на прочность и обработку, является решающим шагом перед выбором материала.

Что на самом деле означает ориентация волокон в тканом арамидном материале

Ориентация волокон в тканом полотне — это направление нитей основы, идущих под углом 0 градусов по длине рулона, и нитей утка, пересекающихся под углом 90 градусов, относительно пути нагрузки в готовой детали.

В отличие от однонаправленной ленты, тканая ткань несет армирование сразу в двух плоскостных направлениях. Вот почему тканый арамид рекомендуется использовать для шлемов, баллистических панелей, противовзрывных щитов и композитных кронштейнов, которые воспринимают нагрузки под разными углами. Но двунаправленная структура имеет свою цену: каждая нить основы пересекает и под каждой уточной нитью, образуя изгиб, называемый извитостью. Молекулы параарамида четко ориентированы вдоль оси волокна, поэтому волокно прочно при растяжении, но слабо при изгибе и боковом сжатии. Таким образом, извитость передает реальные потери прочности непосредственно на ткань. Для более широкого сравнения марок и областей применения арамидных тканей наш направляющая из арамидной ткани охватывает весь спектр недвижимости.

Основа и уток: сила направлена

Тканая арамидная ткань наиболее прочна, когда нагрузка направлена по нитям основы или утка, и быстро теряет прочность, когда нагрузка прикладывается между этими двумя осями.

Для сбалансированной саржевой арамидной ткани 2/2 типичное сохранение прочности на разрыв относительно направления основы соответствует схеме, приведенной ниже. Значение 0 градусов нормализуется до 100 процентов.

При 45 градусах исчезает более 60 процентов выровненной прочности. Это единственная наиболее распространенная причина выхода из строя арамидных ламинатов: инженеры определяют размер детали на основе данных о растяжении, измеренных в направлении основы, а затем переоценивают внеосевую жесткость и прочность панели.

Для сосуда под давлением, корпуса шлема или манипулятора дрона конструкция должна либо ориентировать каждый слой так, чтобы основная нагрузка следовала за основой или утком, либо создавать ламинат с 0/90 и плюс/минус 45 слоев, чтобы покрыть диапазон полной нагрузки.

Узор переплетения: обжим контролирует перевод силы

Более плотный рисунок переплетения обеспечивает более высокую извитость, а более высокая извитость снижает процент прочности волокна на разрыв, который достигает готового ламината - значение, называемое эффективностью преобразования силы.

Рисунок переплетения — это второй уровень контроля ориентации. Полотняное переплетение (1/1) пропускает каждую нить поверх одной и под одной, жестко фиксируя структуру. Саржа (2/2) распределяет нити над двумя соседними, а сатин (4H) создает длинные нити с минимальной извитостью. Компромисс является последовательным: меньшая степень обжатия улучшает перенос прочности и драпируемость, но ослабляет стабильность поверхности и сопротивление скольжению.

Как меняется ориентация при резке, драпировке и смачивании смолы

Ориентация волокон и плотность переплетения определяют, как арамидная ткань ведет себя на трех этапах производства, где образуется больше всего отходов: резка, укладка и заливка смолы.

• Резка. Арамидная пряжа фибриллирует при сдвиге, а расположенные под углом нити в местах пересечения переплетений делают чистый разрез труднее, чем в углеродной ткани. Ультразвуковые ножи или гидроабразивная резка позволяют получить чистые края; Круглые фрезы с твердосплавными напайками, работающие на пониженной скорости, также работают, если лезвие свежее.
• Драпировка. В форме с двойным изгибом плотное полотняное переплетение сопротивляется сдвигу в плоскости, поэтому оно сминается, а не принимает форму. Саржа и атлас допускают вращение пряжи внутри ткани, что позволяет слою принимать форму формы без коробления волокон.
• Смачивание. Смола течет вдоль пучков волокон, и каждое переплетение является потенциальным ограничением потока. Плотное полотняное переплетение замедляет намокание и может задерживать воздух, тогда как саржа или атлас с более низкой извитостью намокают быстрее и обеспечивают меньшее содержание пустот.

Выбор подходящей арамидной ткани для производства

Выбирайте баланс основы и утка и рисунок переплетения на основе преобладающего случая нагрузки и производственного процесса, а не только на основе прочности на разрыв, указанной в паспорте волокна.

Проработайте выбор в следующем порядке:

1. Определите основное направление нагрузки и расположите рулон так, чтобы нити основы совпадали с этой осью.
2. Выберите узор переплетения: гладкое для устойчивости поверхности, саржевое для сбалансированной прочности и драпировки, сатиновое для максимальной прочности.
3. Проверьте баланс основы-утка: 50/50 для примерно изотропного отклика или специальные соотношения для направленной жесткости.
4. Плотность и обжимность подбирайте в соответствии с системой смолы: инфузионные смолы с низкой вязкостью справляются с плотными переплетениями лучше, чем пленочные клеи.
5. Прежде чем предлагать цену детали, подтвердите ширину ткани, длину рулона и качество сращивания у поставщика.

Для деталей, которым необходима как арамидная прочность, так и углеродная жесткость, в гибридных арамидно-углеродных тканях каждый тип волокна помещается в один и тот же тканый слой, что упрощает контроль ориентации по сравнению с укладкой отдельных слоев. Компания Jiangyin Dongli New Materials Technology Co., Ltd. , производитель композитных материалов полного цикла с заводом площадью 32 000 м2 и 10 производственными линиями, поставляет арамидные тканые ткани и гибридные арамидно-углеродные ткани с контролируемым соотношением основы/утка и нестандартной ширины. Их команда инженеров может подобрать рисунок переплетения к вашему процессу инфузии или препрега.

Высокотемпературная арамидная ткань для огнестойких складок Эта пара-арамидная или мета-арамидная ткань сохраняет целостность при температуре выше 200°C, не плавясь, обеспечивая контролируемую извитость и предсказуемое изменение силы. Он подходит для тепловых барьеров и структурного усиления в условиях высоких температур. Посмотреть продукт →

Для высокотемпературной и огнестойкой укладки одна и та же фабрика производит арамидную ткань с контролируемым диапазоном обжатия, что обеспечивает предсказуемое изменение прочности от рулона к рулону.

Гибридная арамидно-углеродная ткань 3K, однотонная и саржевая Сочетая в одном тканом слое арамидную прочность и углеродную жесткость, эта гибридная ткань повышает ударопрочность и устойчивость к высоким температурам. Его простые или саржевые варианты позволяют регулировать драпируемость и модуль упругости, что идеально подходит для деталей аэрокосмической и автомобильной промышленности. Посмотреть продукт →

Прежде чем заказывать большие объемы, проверьте обжимку и вес по площади в соответствии с допустимыми параметрами вашей конструкции. Переход от саржи к атласу при той же поверхностной плотности может изменить модуль упругости ламината на 5–10 процентов, одновременно улучшая драпируемость - и этот сдвиг обычно стоит больше, чем небольшое изменение в сорте волокна.

Часто задаваемые вопросы