คาร์บอนไฟเบอร์ 101: ทำความเข้าใจกับการทอและผ้า

หลังจากผลิตและขึ้นรูปคาร์บอนไฟเบอร์แล้ว มักจะนำไปทอเป็นผ้า ในการเริ่มต้นผลิตผ้า ผู้ผลิตจะสร้างมัดเส้นใยคาร์บอนที่เรียกว่าสายพ่วง สายลากจูงจะถูกแบ่งเกรดตามปริมาณเส้นใยหรือเส้นใย และโดยทั่วไปจะเรียกว่า 3k, 6k, 12k และ 15k k ย่อมาจาก "thousand" ซึ่งบ่งชี้ว่าสายพ่วงขนาด 3k ประกอบด้วยเส้นใยคาร์บอน 3,{6}} เส้น เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์เส้นเดียวมีความหนาเพียงประมาณ 5-10 ไมครอน ดังนั้นเชือกลากขนาด 3,000 เส้นจึงมีความหนาเพียงประมาณ 0.125 นิ้วเท่านั้น ลากจูงขนาด 6,000 นั้นมีความหนาประมาณสองเท่าของลากขนาด 3,000 หนาประมาณสี่เท่าของลากขนาด 12,000 เป็นต้น คาร์บอนไฟเบอร์ที่แข็งแกร่งจำนวนมากในพื้นที่ขนาดกะทัดรัดทำให้วัสดุมีความแข็งแกร่งอย่างเหลือเชื่อ

ถักเปียคาร์บอนไฟเบอร์
แกนเส้นใยคาร์บอนถูกถักทอเป็นผ้าโดยใช้เครื่องทอผ้า ลายทอที่พบมากที่สุดคือ ลายทอธรรมดา ลายทอลายทแยง และลายทอเฮ็ดเดิล

ผ้าทอธรรมดาหรือผ้าคาร์บอนไฟเบอร์สาน 1x1 มีความสมมาตรและมีลักษณะคล้ายกระดานหมากรุก ตัวพ่วงถูกทอในรูปแบบด้านบน/ด้านล่าง ทำให้มีเส้นใยที่ถักทออย่างแน่นหนาและมีความเสถียรสูง ความเสถียรของเนื้อผ้าหมายถึงความสามารถของวัสดุในการรักษาการวางแนวของเส้นใยและมุมการทอ เนื่องจากผ้ามีความเสถียรสูง ผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ธรรมดาจึงไม่เหมาะกับรูปทรงที่ซับซ้อน เนื่องจากไม่มีความยืดหยุ่นเป็นพิเศษ อย่างไรก็ตาม ถือได้ง่ายกว่าและไม่ทำให้ผ้าเสียรูป ดังนั้นจึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับแผ่นเรียบ ท่อ และเส้นโค้ง 2 มิติ

การจีบคือความโค้งของเส้นใยแต่ละเส้นในการทอ และผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ธรรมดาจะมีการจีบแบบหยาบเนื่องจากการพันกันแน่นของเส้นใย เมื่อเวลาผ่านไป การม้วนผมที่รุนแรงนี้จะสร้างจุดความเครียดที่นำไปสู่บริเวณที่อ่อนแอ

ผ้าทอลายทแยงซึ่งประกอบด้วยลวดลาย 2x2 หรือ 4x4 เป็นผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ชนิดที่พบบ่อยที่สุด ในการถักเปียขนาด 2x2 แต่ละเกลียวจะถูกพันผ่านสองเกลียวแล้วจึงพันไว้ใต้ทั้งสองเกลียว มีเหตุผลที่ดีว่าการถักเปียขนาด 4x4 ประกอบด้วยชุดพ่วงแต่ละชุดที่ลากผ่านชุดพ่วงสี่ชุด และต่อด้วยชุดพ่วงอีกสี่ชุด การทอแบบโอเวอร์/อันเดอร์นี้ทำให้เกิดลวดลายแนวทแยงอันโดดเด่น ระยะห่างระหว่างปอยที่พันกันในลายทอลายทแยงนั้นยาวกว่าลายทอธรรมดา เป็นผลให้เกิดการม้วนงอน้อยลง ลดโอกาสเกิดจุดความเครียด

ผ้าลายทแยงมีความยืดหยุ่นและสามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนได้ในขณะที่ยังคงรักษาเสถียรภาพที่ดี จะต้องได้รับการดูแลอย่างระมัดระวังมากกว่าการทอธรรมดาเพื่อหลีกเลี่ยงการเสียรูปของเนื้อเยื่อที่เพิ่มขึ้น ลายทอ 4x4 ขึ้นรูปได้ง่ายกว่าลายทอ 2x2 แต่เนื้อผ้าก็มีความเสถียรน้อยกว่าเช่นกัน

การทอผ้าซาตินถูกนำมาใช้เป็นเวลาหลายพันปีเพื่อให้ผ้าไหมมีผ้าม่านที่สวยงาม ในขณะเดียวกันก็ทำให้ผ้าเรียบเนียนและไร้รอยต่อ เมื่อใช้ในวัสดุคอมโพสิตคาร์บอนไฟเบอร์ การทอแบบซาตินสามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนได้อย่างง่ายดาย แน่นอนว่านี่หมายความว่าความคงตัวของลายทอซาตินยังต่ำกว่าลายทออื่นๆ อีกด้วย

ผ้าซาตินทอที่พบมากที่สุดคือ ผ้าซาติน 4 เฮดเดิล (4HS), ซาติน 5 เฮดเดิล (5HS) และซาติน 8 เฮดเดิล (8HS) ตัวเลขนี้แสดงถึงจำนวนพ่วงทั้งหมดที่ผ่านแล้วผ่านไป ตัวอย่างเช่น เนื้อเยื่อ 4HS มีเส้นใยสามเส้นผ่านเข้าไป และมีเส้นใยหนึ่งเส้นผ่านเข้าไป เมื่อใช้ 5HS จะมีการลากพ่วง 4 เส้นจากนั้นลากไปข้างใต้ 1 อัน ในขณะที่รุ่น 8HS ลากลาก 7 เส้นแล้วลากไปข้างใต้ 1 อัน ยิ่งจำนวนการทอผ้าซาตินสูง ความสามารถในการขึ้นรูปก็จะยิ่งดี แต่ความเสถียรก็จะยิ่งแย่ลง

มีวิธีการทออื่นๆ อีกมากมายที่ใช้เพื่อสร้างผ้าคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งรวมถึงเปียปลา การลากพ่วง เปีย เปียทิศทางเดียว และเปียแบบกำหนดเอง ลายทอแต่ละแบบมีคุณสมบัติเฉพาะตัวซึ่งทำให้เหมาะสำหรับใช้ในการออกแบบบางแบบ แต่ไม่ใช่ตัวเลือกที่ดีสำหรับแบบอื่นๆ มีหลายปัจจัยที่ต้องพิจารณาเมื่อพิจารณาว่าควรใช้เปียคาร์บอนไฟเบอร์แบบใดเพื่อทำหน้าที่เฉพาะ ปัจจัยเหล่านี้ได้แก่ ความแข็งแรง ความสามารถในการขึ้นรูป ความมั่นคง และการโค้งงอ ผู้ผลิตคาร์บอนไฟเบอร์เป็นผู้เชี่ยวชาญในการทราบว่าควรใช้ผ้าชนิดใดในการออกแบบใด