Schauen Sie sich einen Abschnitt aus Kohlefaser oder Glasfaserrohr oder -platte genau an und Sie werden sehen, dass die Fasern in verschiedene, spezifische Richtungen gehen. Wenn Sie verschiedene Arten von Schläuchen vergleichen, stellen Sie möglicherweise fest, dass die Faserrichtung, auch als Orientierung bezeichnet, nicht immer einheitlich ist. Hersteller von Verbundrohren und -platten verwenden unterschiedliche Ausrichtungen, je nachdem, was sie mit dem fertigen Produkt erreichen möchten.
In diesem Beitrag werden wir erklären, wie die Faserrichtung die Eigenschaften von Kohlefaser- und Glasfaserschläuchen beeinflusst. Spezifische Eigenschaften sind oft ideal für spezifische Anwendungen. Am Ende dieses Beitrags erfahren Sie, wie sich die Faserorientierung auf die Röhre auswirkt und wie Sie die richtige Faserausrichtung für Ihr Projekt auswählen.
DIE DREI WICHTIGSTEN FASERORIENTIERUNGEN
Fasern können in jede Richtung zwischen 0° und 180° ausgerichtet werden, obwohl die Faserorientierung jenseits von 90° normalerweise als negativer Winkelwert bezeichnet wird. Beispielsweise ist ein Faserwinkel von 135° gleich einem Winkel von -45°. Die meisten Kohlefaser- und Glasfaserschläuche auf dem heutigen Markt verwenden eine Kombination aus zwei oder mehr dieser Ausrichtungen:
0° - Null-Grad-Faserwinkel ist die am häufigsten verwendete Ausrichtung. Wenn Fasern in Richtung der Last ausgerichtet sind, sind sie am stärksten und steifsten. Bei Schläuchen ist die Null-Grad-Richtung entlang der Länge des Rohres und trägt zur Biegesteifigkeitsfestigkeit bei.
90 ° - Neunzig Grad Faserwinkel wird verwendet, wenn beide Richtungen gebogen werden müssen. In einer Röhre sind die neunzig Grad Fasern im Umfang der Röhre ausgerichtet. Sie helfen, das Rohr vor dem Zerquetschen oder Knicken zu bewahren, wenn es beladen wird.
±45° - Fünfundvierzig Grad Winkel werden oft in Verbindung mit Null- und Neunzig-Grad-Lagen verwendet, um ein quasi-isotropes Layup zu schaffen. Eine positive fünfundvierzig Grad Schicht ist fast immer neben einer negativen fünfundvierzig Grad Schicht gepaart. Bei der Verwendung auf einem Rohr tragen fünfundvierzig Grad Schichten zur Verdrehsteifigkeit und -festigkeit bei.
Gewebte Faser wird oft als mit einem 0/90 Grad Faserwinkel bezeichnet, da es Fasern in beide Richtungen gibt, aber in einem einzigen Stück. Einige gewebte Materialien können noch mehr Faserrichtungen enthalten; Zum Beispiel haben triaxiale Gewebe Fasern in drei Richtungen und sind in der Regel quasi-isotrop von selbst.
DIE AUSWIRKUNG DER FASERORIENTIERUNG AUF DIE EIGENSCHAFTEN
Die Art und Weise, wie Fasern in einem Kohlefaser- oder Glasfaser-Layup ausgerichtet sind, beeinflusst seine Eigenschaften für die Herstellung von Rohren bis hin zu Raumschiffen. Bauherren müssen diese Eigenschaften während ihres Entwurfsprozesses berücksichtigen. Im Folgenden werden wir erklären, wie sich jede der gängigen Faserorientierungen auf die Eigenschaften auswirkt.
1. 0° AUSRICHTUNG
Wenn ein Teil nur in eine Richtung geladen wird, ist es ideal, alle Fasern in diese Richtung ausgerichtet zu haben. Pultrudierte Stangen und Schläuche sind Beispiele für ein Teil, das nur 0° Fasern enthält. Da die meisten Teile nicht nur in eine Richtung geladen werden, müssen wir andere Winkel hinzufügen, um die Festigkeit zu maximieren. Ein Rohr, das nur biegen und sich nicht verdrehen sieht, würde wahrscheinlich immer noch von einigen zusätzlichen Faserwinkeln profitieren. Das Hinzufügen von 90 ° -Schichten hilft dem Rohr, seine Form besser zu erhalten, so dass es nicht vorzeitig einknickt.
2. 90° AUSRICHTUNG
Wie bereits erwähnt, werden Rohre oft mit 90° -Schichten versehen, um sie widerstandsfähiger gegen Knicken und Zerkleinern zu machen. Hohe Konzentrationen von 90°- oder "Hoop"-Schichten finden sich auch in Druckbehältern. Da die Kraft versucht, das Rohr in einem Druckbehälter zu vergrößern, widerstehen 90°-Schichten der Kraft am besten. Wenn 90°-Schichten in Verbindung mit 0°-Schichten in einer Platte verwendet werden, wird dies als bidirektional bezeichnet. Die Verwendung von gewebtem Tuch kann eine einfache Möglichkeit sein, Teile mit Fasern sowohl in 0 ° als auch in 90 ° -Richtung schnell zu bauen.
3. ±45° AUSRICHTUNG
45°-Schichten dienen je nach Anwendung unterschiedlichen Zwecken. Sie werden fast immer ein +45° paarweise neben einer -45° Schicht sehen. Dies soll verhindern, dass das Laminat "ausbalanciert" ist und sich beim Beladen nicht gewaltsam verdreht. Wenn 45°-Schichten in einer Platte verwendet werden, die bereits eine gleiche Mischung aus 0°- und 90°-Schichten enthält, wird die Platte quasi isotrop. Während eine bidirektionale Platte in zwei Richtungen gleiche Eigenschaften hat, hat eine quasi-isotrope Platte quasi gleiche Eigenschaften in jede Richtung. In einem Rohr übernehmen 45°-Schichten die Aufgabe, Torsionsfestigkeit und Steifigkeit hinzuzufügen. Denn wenn eine Tube verdreht wird, liegt die Kraft, die auf das Laminat wirkt, tatsächlich bei fünfundvierzig Grad. Einige Laminate verwenden andere Winkel als 45° als Kompromiss zwischen Biege-, Brech- und Torsionsleistung. Da 0°-Schichten auf filamentgewickelten Rohren nicht möglich sind, ist es üblich, stattdessen 10° oder 15° Schichten zu verwenden.
AUSWAHL DER RICHTIGEN FASERAUSRICHTUNG
Nachdem Sie nun wissen, wie sich jede Faserorientierung auf die Eigenschaften auswirkt, können Sie das richtige Layup auswählen. Wenn Sie ein Rohr benötigen, das unter einer Vielzahl von Bedingungen funktioniert, ist ein bidirektionales Layup ideal. Wenn Sie ein Rohr benötigen, das gut im Drehen funktioniert, wählen Sie ein Produkt mit mehr 45 ° -Schichten. Wenn Sie die Dicke schnell erhöhen müssen, kann ein gewebtes Material eine gute Wahl sein.
Xinbo Composite bietet Platten und Rohre mit Layups für fast jede Nachfrage. Wenn Sie ein maßgeschneidertes oder entwickeltes Layup für Ihr Projekt benötigen, rufen Sie uns an oder schreiben Sie uns eine E-Mail. Wenn Sie weitere Fragen dazu haben, wie sich die Faserorientierung auf die Leistung eines Teils auswirkt, helfen Ihnen unsere Kundendienstmitarbeiter gerne weiter.
