Koolstofvezel 101: weefsels en stoffen begrijpen

Koolstofvezel wordt meestal tot stof geweven nadat het is vervaardigd en op maat is gemaakt. Het productieproces begint met het creëren van bundels koolstofvezels, zogenaamde tows. Deze kabels worden vervolgens beoordeeld op basis van het aantal vezels of filamenten dat ze bevatten, vaak aangeduid als 3k, 6k, 12k en 48k. De 'k' staat voor 'duizend', wat betekent dat een trek van 3k 3,000 koolstoffilamenten bevat. Elke streng koolstofvezel is slechts ongeveer 5-10 micron dik, maar de grote hoeveelheid sterke koolstofvezel in zo'n compacte ruimte geeft het materiaal een ongelooflijke sterkte.

 

koolstofvezelweefsel
Op een weefgetouw worden spoelen van koolstofvezel tot stof geweven. De meest voorkomende weefsels zijn platbinding, keperbinding en hevelbinding.

plat geweven
Platbinding of 1x1 geweven koolstofvezelstof is symmetrisch en lijkt op een schaakbord. De draden zijn geweven in een over/onder-patroon, wat zeer stabiele, strak verweven vezels oplevert. Weefselstabiliteit verwijst naar het vermogen van een materiaal om zijn vezeloriëntatie en weefhoek te behouden. Door de hoge stabiliteit van het weefsel is effen koolstofvezelweefsel minder geschikt voor complexe contouren, omdat het niet bijzonder flexibel is. Het is echter gemakkelijker te hanteren en veroorzaakt geen vervorming van het weefsel. Daarom is het ideaal voor vlakke platen, buizen en 2D-curven.

Krimp is de kromming van de afzonderlijke vezels in het weefsel, en gewone koolstofvezelstoffen hebben een ruwe plooi als gevolg van de strakke verwevenheid van de filamentstrengen. Na verloop van tijd creëert deze harde krul stresspunten die tot zwakke plekken leiden.

Twill-geweven

Twillweefsel, bestaande uit een 2x2- of 4x4-patroon, is het meest voorkomende type koolstofvezelstof. Bij een 2x2-vlecht wordt elke streng over twee strengen geleid en vervolgens onder beide strengen. Het spreekt dan ook voor zich dat een 4x4-vlecht bestaat uit elke kabel die door vier kabels gaat en vervolgens nog eens vier kabels. Door dit over/onderweefsel ontstaat een duidelijk diagonaal patroon. De afstand tussen de verweven strengen bij een keperbinding is langer dan bij een platbinding. Hierdoor ontstaat er minder krulvorming waardoor de kans op het ontwikkelen van stresspunten kleiner wordt.

Twillweefsel is flexibel en kan complexe contouren vormen terwijl het toch een goede stabiliteit behoudt. Er moet voorzichtiger mee worden omgegaan dan met gewoon weefsel om verhoogde weefselvervorming te voorkomen. Het 4x4-weefsel is gemakkelijker te vormen dan het 2x2-weefsel, maar de stof is ook minder stabiel.

Paardentuigje satijn geweven

Satijnweefsel wordt al duizenden jaren gebruikt om zijden stoffen mooi te laten vallen en tegelijkertijd de stof glad en naadloos te maken. Bij gebruik in koolstofvezelcomposieten kunnen satijnweefsels gemakkelijk complexe contouren vormen. Dit betekent uiteraard dat de stabiliteit van satijnweefsel ook lager is dan bij andere weefsels.

De meest voorkomende satijnbindingen zijn vier hevels satijn (4HS), vijf hevels satijn (5HS) en acht hevels satijn (8HS). Dit getal vertegenwoordigt het totale aantal gepasseerde en vervolgens gepasseerde slepen. 4HS-weefsel heeft bijvoorbeeld drie filamentstrengen die erdoorheen gaan en vervolgens één filamentstreng erdoorheen. Bij de 5HS worden vier kabels gekruist en vervolgens één eronder, terwijl bij de 8HS zeven kabels worden gekruist en vervolgens één eronder. Hoe hoger het satijnbindingsgetal, hoe beter de vervormbaarheid, maar hoe slechter de stabiliteit.

Andere weefsels
Er zijn veel andere weefmethoden die worden gebruikt om koolstofvezelstoffen te maken. Deze omvatten visvlecht, sleepspreiding, vlecht, unidirectionele vlecht en op maat gemaakte vlecht. Elk weefsel bevat unieke eigenschappen die het ideaal maken voor gebruik in sommige ontwerpen, maar geen goede keuze voor andere. Er zijn veel factoren waarmee rekening moet worden gehouden bij het bepalen welk koolstofvezelvlechtwerk moet worden gebruikt om een ​​specifieke functie uit te voeren. Deze factoren omvatten sterkte, vervormbaarheid, stabiliteit en krul. Fabrikanten van koolstofvezels zijn experts in het weten welke stof voor welk ontwerp moet worden gebruikt.