Fibra di carbonio 101: comprensione di trame e tessuti

Dopo che la fibra di carbonio è stata prodotta e modellata, viene spesso intrecciata in tessuto. Per iniziare a produrre tessuti, i produttori creano fasci di fibre di carbonio chiamati tow. I rimorchi sono classificati in base al contenuto di fibre o filamenti e sono comunemente indicati come 3k, 6k, 12k e 15k. La k sta per "mille", indicando che un filamento di 3k è composto da 3,000 filamenti di carbonio. Poiché un singolo filo di fibra di carbonio ha uno spessore di solo circa 5-10 micron, un filo di 3k ha uno spessore di solo circa 0,125 pollici. Un rimorchio da 6k è circa il doppio dello spessore di un rimorchio da 3k, quattro volte più spesso di un rimorchio da 12k e così via. La grande quantità di resistente fibra di carbonio in uno spazio così compatto conferisce al materiale un'incredibile resistenza.

treccia in fibra di carbonio
Bobine di fibra di carbonio vengono intrecciate nel tessuto su un telaio. Le armature più comuni sono l'armatura a tela, l'armatura a saia e l'armatura a liccio.

Il tessuto in fibra di carbonio a trama semplice o 1x1 è simmetrico e ricorda una scacchiera. Le fibre sono intrecciate secondo uno schema sopra/sotto, fornendo fibre altamente stabili e strettamente intrecciate. La stabilità del tessuto si riferisce alla capacità di un materiale di mantenere l'orientamento delle fibre e l'angolo di tessitura. A causa della sua elevata stabilità del tessuto, il tessuto semplice in fibra di carbonio è meno adatto a contorni complessi in quanto non è particolarmente flessibile. Tuttavia è più facile da maneggiare e non provoca deformazioni del tessuto. Pertanto, è ideale per lamiere piane, tubi e curve 2D.

L'arricciatura è la curvatura delle singole fibre nella trama, e i tessuti semplici in fibra di carbonio hanno un'arricciatura ruvida a causa dello stretto intreccio dei fili del filamento. Nel corso del tempo, questo arricciamento duro crea punti di stress che portano a aree deboli.

L'armatura twill, costituita da un modello 2x2 o 4x4, è il tipo più comune di tessuto in fibra di carbonio. In una treccia 2x2, ogni filo viene fatto passare sopra due fili e poi sotto entrambi i fili. È ovvio, quindi, che una treccia 4x4 consiste nel fatto che ogni stoppa passa attraverso quattro stoppini e poi altri quattro stoppini. Questa trama sopra/sotto crea un disegno diagonale distinto. La distanza tra i fili intrecciati in un'armatura a saia è maggiore che in un'armatura a tela. Di conseguenza, si verificano meno arricciamenti, riducendo la possibilità di sviluppare punti di stress.

La trama twill è flessibile e può formare contorni complessi pur mantenendo una buona stabilità. Deve essere maneggiato con maggiore attenzione rispetto alla trama semplice per evitare una maggiore deformazione del tessuto. L'armatura 4x4 è più facile da realizzare rispetto all'armatura 2x2, ma il tessuto è anche meno stabile.

La trama del raso è stata utilizzata per migliaia di anni per conferire ai tessuti di seta un bellissimo drappeggio rendendo il tessuto liscio e senza cuciture. Se utilizzate nei compositi in fibra di carbonio, le trame satinate possono facilmente formare contorni complessi. Ciò significa ovviamente che anche la stabilità dell'armatura satin è inferiore rispetto ad altre armature.

Le armature di raso più comuni sono il raso a quattro licci (4HS), il raso a cinque licci (5HS) e il raso a otto licci (8HS). Questo numero rappresenta il numero totale di tow passati e poi passati. Ad esempio, il tessuto 4HS ha tre filamenti che lo attraversano e poi un filamento che lo attraversa. Con la 5HS si incrociano quattro stoppi e poi uno sotto, mentre con la 8HS si incrociano sette stoppi e poi uno sotto. Più alto è il numero di armatura del raso, migliore è la formabilità, ma peggiore è la stabilità.

Esistono molti altri metodi di tessitura utilizzati per creare tessuti in fibra di carbonio. Questi includono treccia di pesce, treccia di traino, treccia, treccia unidirezionale e treccia personalizzata. Ogni trama contiene proprietà uniche che la rendono ideale per l'uso in alcuni modelli, ma non una buona scelta per altri. Ci sono molti fattori che devono essere considerati quando si determina quale treccia in fibra di carbonio dovrebbe essere utilizzata per svolgere una funzione specifica. Questi fattori includono resistenza, formabilità, stabilità e arricciatura. I produttori di fibra di carbonio sono esperti nel sapere quale tessuto dovrebbe essere utilizzato per quale design.