Explicación de los tejidos de fibra de carbono:tipos, aplicaciones y beneficios

Si alguna vez se ha preguntado por qué una pieza de fibra de carbono puede verse diferente de otra pieza de fibra de carbono, no está solo. La fibra de carbono viene en muchos tejidos diferentes y cada uno tiene un propósito diferente, y no es sólo cosmético.

Las fibras de carbono se fabrican a partir de precursores como el poliacrilonitrilo (PAN) y el rayón. Las fibras precursoras se tratan químicamente, se calientan y se estiran, y luego se carbonizan para crear fibras de alta resistencia. Luego, estas fibras, o filamentos, se agrupan en haces que se identifican por la cantidad de filamentos de carbono que contienen. Las clasificaciones de remolque comunes son 3k, 6k, 12k y 15k. La “k” se refiere a mil, por lo que un remolque de 3k está hecho de 3000 filamentos de carbono. Un cable de 3k estándar suele tener 0,125" de ancho, por lo que hay mucha fibra empaquetada en un espacio pequeño. Un cable de 6k tiene 6000 filamentos de carbono, uno de 12k tiene 12000 filamentos, etc. Esta gran cantidad de fibras de alta resistencia agrupadas es lo que hace que la fibra de carbono sea un material tan resistente.

Fibra de carbono tejida

La fibra de carbono generalmente viene en forma de tejido, lo que facilita el trabajo y puede brindar resistencia estructural adicional según la aplicación. Debido a esto, se utilizan muchos tejidos diferentes para la tela de fibra de carbono. Los más habituales son el Liso, el Sarga y el Satén Arnés, y profundizaremos en cada uno de ellos.

Tejido liso

Una lámina de fibra de carbono de tejido liso parece simétrica con una pequeña apariencia de estilo tablero de ajedrez. En este tejido, los estopas se tejen en un patrón por encima/por debajo. El corto espacio entre entrelazados confiere al tejido tafetán un alto nivel de estabilidad. La estabilidad de las telas es la capacidad de una tela para mantener su ángulo de tejido y la orientación de la fibra.  Debido a este alto nivel de estabilidad, el tejido liso no es muy adecuado para diseños con contornos complejos y no será tan flexible como algunos de los otros tejidos. Generalmente, las telas de ligamento tafetán son adecuadas para láminas planas, tubos y curvas 2D.

Un inconveniente de este patrón de tejido es el rizado áspero (el ángulo que forma la fibra cuando se teje, ver más abajo) en los estopas debido a la corta distancia entre entrelazados. El engarzado brusco puede crear concentraciones de tensión que pueden debilitar la pieza con el tiempo.

Tejido de sarga

La sarga sirve como puente entre un tejido tafetán y los tejidos satinados que analizaremos a continuación. La sarga tiene buena flexibilidad y puede formar contornos complejos, y es mejor para mantener la estabilidad de la tela que un tejido de satén tipo arnés, pero no tan bueno como el tejido liso. Si sigues un hilo de estopa en un tejido de sarga, pasa sobre un número determinado de mechones y luego por debajo del mismo número de mechones. El patrón superior/inferior crea una apariencia de punta de flecha diagonal, conocida como "línea de sarga". La mayor distancia entre los entrelazados de cables significa menos rizos en comparación con un tejido liso y menos concentraciones potenciales de tensión.

Sarga 2×2

Sarga 4×4

2×2 Twill es probablemente el tejido de fibra de carbono más reconocible de la industria. Se utiliza en muchas aplicaciones cosméticas y decorativas, pero también tiene una gran funcionalidad, tiene una conformabilidad moderada y una estabilidad moderada. Como lo indica el nombre 2×2, cada remolque pasará por encima de 2 remolques y luego por debajo de dos remolques. Del mismo modo, el 4×4 Twill pasará por encima de 4 remolques y luego por debajo de 4 remolques. Tiene un poco más de formabilidad que el 2×2 Twill, ya que el tejido no es tan apretado, pero también tendrá menos estabilidad.

Arnés Tejidos De Satén

El tejido satinado se diseñó hace miles de años para fabricar tejidos de seda con excelentes cualidades de drapeado y, al mismo tiempo, con un aspecto suave y sin costuras. Para los composites, esta capacidad de drapeado significa que se pueden formar y envolver fácilmente alrededor de contornos complejos. Debido a que la tela es tan moldeable, es de esperar que tenga poca estabilidad. Los tejidos de satén de arnés comunes son satén de 4 arnés (4HS), satén de 5 arnés (5HS) y satén de 8 arnés (8HS). A medida que aumenta el número de tejidos satinados, la formabilidad aumentará y la estabilidad de la tela disminuirá.

4HS

5HS

8HS

El número en los nombres de Harness Satin indica el número total de remolques que se pasaron por encima y por debajo. Para 4HS, pasará por encima de 3 remolques y luego por debajo de 1. Para 5HS, pasará por encima de 4 y luego por debajo de 1, y en 8HS pasará por encima de 7 y por debajo de 1.

Remolque extendido frente a remolque estándar

El material de remolque extendido puede ser un buen compromiso entre el uso de material unidireccional y material tejido estándar. A medida que un cable de fibra se teje hacia arriba y hacia abajo para crear una tela, la resistencia se reduce debido al rizado del cable. A medida que aumenta el número de filamentos en un cable estándar, de 3k a 6k, por ejemplo, el cable se vuelve más grande (más grueso) y el ángulo de engarzado se vuelve más duro. Una forma de evitar esto es extender los filamentos en un mechón más ancho, esto se llama mechón extendido y se obtienen un par de beneficios al hacerlo.

El cable extendido ofrece un ángulo de rizado más pequeño que un tejido de cable estándar y puede disminuir los defectos de cruce al aumentar la suavidad. Un ángulo de engarzado más bajo dará como resultado una mayor resistencia. También es más fácil trabajar con material de remolque extendido que con material unidireccional y aún así tiene una prevención de extracción de fibra razonablemente buena.

Tejido liso de remolque extendido

Tejido de sarga extendida

Unidireccional

Como su nombre lo indica, uni, que significa uno, todas las fibras están orientadas en la misma dirección. Esto le da al tejido unidireccional (UD) algunos beneficios de alta resistencia. La tela UD no está tejida, no hay fibras entrelazadas con rizos que puedan debilitar la estructura. Más bien, existen fibras continuas que aumentan la resistencia y la rigidez. Otro beneficio es la capacidad de adaptar la bandeja con un mejor control de las características de rendimiento. El cuadro de una bicicleta es un buen ejemplo de cómo se puede utilizar el tejido UD para ajustar el rendimiento. El cuadro debe ser rígido en el área del pedalier para transferir la potencia del ciclista a las ruedas, pero el cuadro también debe tener cierta flexibilidad y flexibilidad para no golpear al ciclista. Con el material UD puedes elegir la dirección precisa de las fibras para obtener la resistencia que necesitas.

Sin embargo, un gran inconveniente del UD es su viabilidad. UD tiende a desmoronarse con bastante facilidad durante el proceso de colocación ya que no tiene fibras entrelazadas para mantenerlo unido. Si las fibras se colocan incorrectamente, puede resultar casi imposible reorientarlas correctamente. El mecanizado de piezas fabricadas con tejido UD también puede causar problemas. Si hay alguna fibra que se levanta donde se cortaron las características, esas fibras sueltas pueden levantarse a lo largo de toda la pieza. Normalmente, si se elige material UD para un laminado, se utiliza una capa de material tejido para la primera y la última capa para ayudar con la maquinabilidad y la durabilidad de la pieza. Esto es lo que se hace desde los marcos de drones aficionados hasta la producción de piezas de cohetes. Si disfrutó esta publicación o tiene alguna pregunta adicional, deje un comentario a continuación.   Fuentes y sitios de referencia:https://store.acpsales.com/products/3495/woven-fabric-style-guide