Schauen Sie sich einen Abschnitt eines Rohrs oder einer Platte aus Kohlefaser oder Glasfaser genau an und Sie werden feststellen, dass die Fasern in unterschiedliche, spezifische Richtungen verlaufen. Beim Vergleich verschiedener Schlaucharten fällt Ihnen möglicherweise auf, dass die Faserrichtung, auch Orientierung genannt, nicht immer einheitlich ist. Hersteller von Verbundrohren und -platten verwenden unterschiedliche Ausrichtungen, je nachdem, was sie mit dem Endprodukt erreichen möchten.
In diesem Beitrag erklären wir, wie die Faserrichtung die Eigenschaften von Kohlefaser- und Glasfaserrohren beeinflusst. Bestimmte Eigenschaften sind oft ideal für bestimmte Anwendungen. Am Ende dieses Beitrags erfahren Sie, wie sich die Faserausrichtung auf das Rohr auswirkt und wie Sie die richtige Faserausrichtung für Ihr Projekt auswählen.
DIE BESTEN DREI FASERORIENTIERUNGEN
Fasern können in jeder Richtung zwischen 0 Grad und 180 Grad ausgerichtet sein, obwohl eine Faserausrichtung über 90 Grad üblicherweise als negativer Winkelwert bezeichnet wird. Beispielsweise entspricht ein Faserwinkel von 135 Grad einem Winkel von -45 Grad. Die meisten heute auf dem Markt erhältlichen Kohlefaser- und Glasfaserrohre verwenden eine Kombination aus zwei oder mehr dieser Ausrichtungen:
0 Grad - Null-Grad-Faserwinkel ist die am häufigsten verwendete Ausrichtung. Wenn die Fasern in Richtung der Belastung ausgerichtet sind, sind sie am stärksten und steifsten. Bei Rohren verläuft die Null--Grad-Richtung entlang der Länge des Rohrs und trägt zur Biegesteifigkeit bei.
Ein Faserwinkel von 90 Grad - und ein Faserwinkel von neunzig-Grad werden verwendet, wenn eine Biegung in beide Richtungen erforderlich ist. In einer Röhre sind die 90°-Fasern entlang des Umfangs der Röhre ausgerichtet. Sie verhindern, dass das Rohr bei Belastung zerdrückt oder verbeult.
±45 Grad - Vierzig-fünf-Grad-Winkel werden häufig in Verbindung mit Null- und neunzig{4}Grad-Lagen verwendet, um eine quasi-isotrope Schichtung zu erzeugen. Eine positive Schicht von fünfundvierzig Grad liegt fast immer paarweise neben einer Schicht von fünfundvierzig Grad, die negativ ist. Bei der Verwendung auf einem Rohr tragen 40-fünf-Grad-Schichten zur Verdrehungssteifigkeit und -festigkeit bei.
Gewebte Fasern werden oft als Fasern mit einem Faserwinkel von 0/90 Grad bezeichnet, da Fasern in beide Richtungen vorhanden sind, jedoch in einem einzigen Stück. Einige gewebte Materialien können sogar noch mehr Faserrichtungen enthalten; Beispielsweise haben dreiachsige Gewebe Fasern in drei Richtungen und sind normalerweise selbst quasi-isotrop.
DIE AUSWIRKUNG DER FASERORIENTIERUNG AUF DIE EIGENSCHAFTEN
Die Art und Weise, wie die Fasern in einem Kohlefaser- oder Glasfaseraufbau ausgerichtet sind, beeinflusst dessen Eigenschaften für die Herstellung von Rohren und Raumschiffen. Bauherren müssen diese Eigenschaften während ihres Entwurfsprozesses berücksichtigen. Im Folgenden erklären wir, wie sich jede der gängigen Faserorientierungen auf die Eigenschaften auswirkt.
1. 0 Grad AUSRICHTUNG
Wenn ein Teil nur in eine Richtung belastet wird, ist es ideal, wenn alle Fasern in diese Richtung ausgerichtet sind. Pultrudierte Stangen und Rohre sind Beispiele für Teile, die nur 0-Grad-Fasern enthalten. Da die meisten Teile nicht nur in eine Richtung belastet werden, müssen wir andere Winkel hinzufügen, um die Festigkeit zu maximieren. Ein Rohr, das sich nur biegt und nicht verdreht, würde wahrscheinlich immer noch von einigen zusätzlichen Faserwinkeln profitieren. Durch das Hinzufügen von 90-Grad-Schichten behält der Schlauch seine Form besser bei, sodass er nicht vorzeitig knickt.
2. 90 Grad AUSRICHTUNG
Wie bereits erwähnt, werden Rohren häufig 90-Grad-Schichten hinzugefügt, um sie widerstandsfähiger gegen Knicken und Quetschen zu machen. Auch in Druckbehältern sind hohe Konzentrationen an 90-Grad- oder „Hoop“-Schichten zu finden. Da die Kraft versucht, das Rohr in einem Druckbehälter zu vergrößern, widerstehen 90-Grad-Schichten der Kraft am besten. Wenn 90-Grad-Schichten in Verbindung mit 0-Grad-Schichten in einer Platte verwendet werden, wird dies als bidirektional bezeichnet. Die Verwendung von gewebtem Stoff kann eine einfache Möglichkeit sein, schnell Teile mit Fasern in 0-Grad- und 90-Grad-Richtung herzustellen.
3. ±45 Grad AUSRICHTUNG
45-Grad-Schichten dienen je nach Anwendung unterschiedlichen Zwecken. Sie werden fast immer eine +45-Grad-Ebene neben einer -45-Grad-Ebene sehen. Dadurch soll sichergestellt werden, dass das Laminat „im Gleichgewicht“ bleibt und sich bei Belastung nicht zu stark verdreht. Wenn 45-Grad-Schichten in einer Platte verwendet werden, die bereits eine gleiche Mischung aus 0-Grad- und 90-Grad-Schichten enthält, wird die Platte quasi-isotrop. Während eine bidirektionale Platte in zwei Richtungen gleiche Eigenschaften hat, hat eine quasi-isotrope Platte in jeder Richtung quasi-gleiche Eigenschaften. In einem Rohr sorgen 45-Grad-Schichten für zusätzliche Torsionsfestigkeit und Steifigkeit. Denn wenn ein Rohr verdreht wird, beträgt die auf das Laminat wirkende Kraft tatsächlich fünfundvierzig Grad. Einige Laminate verwenden andere Winkel als 45 Grad als Kompromiss zwischen Biege-, Quetsch- und Torsionsleistung. Da bei gewickelten Rohren keine 0-Grad-Schichten möglich sind, werden stattdessen häufig 10-Grad- oder 15-Grad-Schichten verwendet.
WÄHLEN DER RICHTIGEN FASERORIENTIERUNG
Da Sie nun wissen, wie sich jede Faserausrichtung auf die Eigenschaften auswirkt, können Sie den richtigen Aufbau auswählen. Wenn Sie einen Schlauch benötigen, der unter den unterschiedlichsten Bedingungen funktioniert, ist ein bidirektionaler Aufbau ideal. Wenn Sie einen Schlauch benötigen, der sich gut verdrehen lässt, wählen Sie ein Produkt mit mehr 45-Grad-Schichten. Wenn Sie die Dicke schnell erhöhen müssen, ist möglicherweise ein gewebtes Material eine gute Wahl.
Xinbo Composite bietet Platten und Rohre mit Schichtaufbau für nahezu jeden Bedarf. Wenn Sie für Ihr Projekt ein individuelles oder technisches Layup 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.
