ถักเปียคาร์บอนไฟเบอร์: คืออะไรและทำไมจึงใช้

หากคุณเคยสงสัยว่าเหตุใดคาร์บอนไฟเบอร์ชิ้นหนึ่งจึงดูแตกต่างจากชิ้นอื่น คุณไม่ได้อยู่คนเดียว คาร์บอนไฟเบอร์มีลายทอที่แตกต่างกันมากมาย แต่ละแบบมีจุดประสงค์ที่แตกต่างกัน และไม่ได้เป็นเพียงการตกแต่งเท่านั้น

เส้นใยคาร์บอนทำจากสารตั้งต้น เช่น โพลิอะคริโลไนไตรล์ (PAN) และเรยอน เส้นใยสารตั้งต้นได้รับการบำบัดทางเคมี ให้ความร้อน และยืดออก จากนั้นจึงทำให้เป็นคาร์บอนเพื่อสร้างเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง จากนั้นเส้นใยหรือเส้นใยเหล่านี้จะถูกรวมเข้าด้วยกันและระบุด้วยจำนวนเส้นใยคาร์บอนที่เส้นใยเหล่านั้นมี ระดับการลากจูงทั่วไปคือ 3k, 6k, 12k และ 15k "k" ย่อมาจากพัน ดังนั้นสายพ่วง 3k จึงทำจากเส้นใยคาร์บอน 3,000 เส้น โดยทั่วไปแล้ว สายพ่วงขนาด 3,000 มาตรฐานจะมีความกว้าง 0.125 นิ้ว ดังนั้นจึงมีเส้นใยจำนวนมากอัดแน่นอยู่ในพื้นที่ขนาดเล็ก สายพ่วง 6,000 เส้นมีเส้นใยคาร์บอน 6,000 เส้น สายลาก 12,000 เส้นมีเส้นใยคาร์บอน 12,000 เส้น และอื่นๆ เส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงจำนวนมากที่รวมเข้าด้วยกันทำให้คาร์บอนไฟเบอร์เป็นวัสดุที่แข็งแกร่ง

 

สานคาร์บอนไฟเบอร์
คาร์บอนไฟเบอร์มักมาในรูปของผ้าทอ ซึ่งช่วยให้ทำงานได้ง่ายขึ้น และให้ความแข็งแรงของโครงสร้างเพิ่มเติมขึ้นอยู่กับการใช้งาน ดังนั้นผ้าคาร์บอนไฟเบอร์จึงสามารถทอได้หลายวิธี ผ้าที่พบมากที่สุดคือผ้าซาตินธรรมดา ผ้าลายทแยง และผ้าซาตินสายเอี๊ยม และเราจะกล่าวถึงรายละเอียดวัสดุแต่ละชนิด

ทอธรรมดา
แผ่นคาร์บอนไฟเบอร์ธรรมดามีลักษณะสมมาตรและมีลายตารางหมากรุกขนาดเล็ก ในการทอนี้ เส้นจะทอในรูปแบบด้านบน/ด้านล่าง ระยะห่างระหว่างลายสานที่สั้นทำให้ลายทอธรรมดามีความมั่นคงในระดับสูง ความมั่นคงของผ้าหมายถึงความสามารถของผ้าในการรักษามุมทอและการวางแนวของเส้นใย เนื่องจากความเสถียรในระดับสูง การทอธรรมดาจึงไม่เหมาะกับการเลย์อัพที่มีรูปทรงที่ซับซ้อน และจะไม่ยืดหยุ่นเท่ากับผ้าอื่นๆ โดยทั่วไปแล้ว ผ้าทอธรรมดาจะเหมาะกับแผ่นเรียบ ท่อ และงานโค้งสองมิติ

ข้อเสียประการหนึ่งของรูปแบบการทอนี้คือ มีการจีบอย่างรุนแรงในเกลียวเนื่องจากระยะห่างระหว่างการพันกันสั้น (มุมที่เส้นใยจะเกิดขึ้นเมื่อทอ ดูด้านล่าง) การย้ำแบบรุนแรงทำให้เกิดความเครียดที่เข้มข้นซึ่งทำให้ชิ้นส่วนอ่อนแอลงเมื่อเวลาผ่านไป

สิ่งทอลายทแยง
สิ่งทอลายทแยงเป็นสะพานเชื่อมระหว่างผ้าทอธรรมดาและผ้าซาตินซึ่งเราจะกล่าวถึงต่อไป ผ้าลายทแยงมีความยืดหยุ่นที่ดีและสามารถสร้างรูปทรงที่ซับซ้อนได้ มันแย่กว่าผ้าซาตินแบบแขวนในการรักษาความมั่นคงของผ้า แต่ไม่ดีเท่าผ้าทอธรรมดา หากคุณเดินตามเกลียวพ่วงด้วยผ้าทอลายทแยง มันจะทะลุเกลียวจำนวนหนึ่งแล้วจึงผ่านเกลียวจำนวนเท่ากัน รูปแบบขึ้น/ลงทำให้เกิดลักษณะของลูกศรแนวทแยง เรียกว่า "เส้นทแยง" ระยะห่างระหว่างสายพ่วงที่ยาวขึ้นหมายถึงการโค้งงอน้อยลงและความเข้มข้นของแรงเค้นที่อาจเกิดขึ้นน้อยลงเมื่อเปรียบเทียบกับผ้าทอธรรมดา

สิ่งทอลายทแยง 2×2 น่าจะเป็นผ้าทอคาร์บอนไฟเบอร์ที่รู้จักกันดีที่สุดในอุตสาหกรรม ใช้ในงานด้านเครื่องสำอางและการตกแต่งหลายประเภท แต่ยังมีประโยชน์ใช้สอยสูง โดยผสมผสานความสามารถในการขึ้นรูปปานกลางเข้ากับความเสถียรปานกลาง ตามที่ชื่อ 2×2 บอกเป็นนัย แต่ละลากจะลากผ่าน 2 พ่วงแล้วข้ามทั้งสองพ่วง ในทำนองเดียวกัน สิ่งทอลายทแยงขนาด 4×4 จะถูกร้อยผ่านสายพ่วง 4 เส้น และต่อด้วยสายพ่วง 4 เส้น มันออกมาได้ดีกว่าสิ่งทอลายทแยง 2×2 เล็กน้อย เนื่องจากลายทอไม่แน่นเท่า แต่ก็มีความเสถียรน้อยกว่าเช่นกัน

สายรัดซาติน
ผ้าซาตินได้รับการออกแบบเมื่อหลายพันปีก่อนเพื่อสร้างผ้าไหมที่มีผ้าม่านที่ดีเยี่ยมในขณะที่ดูเรียบเนียนและไร้รอยต่อ สำหรับวัสดุคอมโพสิต ความสามารถในการพับเก็บนี้หมายความว่าสามารถขึ้นรูปได้ง่ายและพันรอบรูปทรงที่ซับซ้อน เนื่องจากผ้าชนิดนี้สามารถขึ้นรูปได้สูง จึงคาดว่าจะมีความคงตัวต่ำ การทอผ้าซาตินเฮดเดิลซาตินทั่วไป ได้แก่ 4-ซาตินเฮดเดิล (4HS), 5-ซาตินเฮดเดิล (5HS) และ 8-ซาตินเฮดเดิล (8HS) เมื่อปริมาณการทอซาตินเพิ่มขึ้น ความสามารถในการขึ้นรูปจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่ความเสถียรของเนื้อผ้าลดลง

ลากจูงแบบกระจายเทียบกับลากจูงมาตรฐาน
วัสดุลากจูงแบบกระจายอาจเป็นการประนีประนอมที่ดีระหว่างการใช้วัสดุทิศทางเดียวและวัสดุถักมาตรฐาน เมื่อเส้นใยเส้นใยถูกถักขึ้นและลงเป็นผ้า ความแข็งแรงจะลดลงเนื่องจากการจีบในเส้นใย เมื่อคุณเพิ่มจำนวนเส้นใยในการลากมาตรฐาน (เช่น จาก 3,000 เป็น 6,000 เส้น) เส้นลากจะมีขนาดใหญ่ขึ้น (หนาขึ้น) และมุมโค้งงอจะหยาบขึ้น วิธีหนึ่งที่จะหลีกเลี่ยงสิ่งนี้คือการกระจายเส้นใยออกเป็นพ่วงที่กว้างขึ้น ซึ่งเรียกว่าการขยายใยพ่วง และการทำเช่นนี้มีประโยชน์หลายประการ

การกางพ่วงจะทำให้มุมโค้งงอเล็กกว่าการถักเปียแบบมาตรฐาน และสามารถลดข้อบกพร่องของครอสโอเวอร์ได้โดยการเพิ่มความเรียบเนียน มุมย้ำที่ต่ำกว่าจะส่งผลให้มีความแข็งแรงสูงขึ้น วัสดุลากจูงแบบกระจายยังใช้งานได้ง่ายกว่าวัสดุแบบทิศทางเดียวและยังคงให้การป้องกันการดึงเส้นใยที่ดีพอสมควร

ทิศทางเดียว
ตามชื่อที่บ่งบอกว่า uni แปลว่า หนึ่ง เส้นใยทั้งหมดมีทิศทางไปในทิศทางเดียวกัน ซึ่งให้ข้อได้เปรียบด้านความแข็งแรงสูงแก่ผ้าแบบทิศทางเดียว (UD) ผ้า UD ไม่ได้ทอและไม่มีเส้นใยพันกันซึ่งจะทำให้โครงสร้างอ่อนแอลง ในทางตรงกันข้าม เส้นใยต่อเนื่องจะเพิ่มความแข็งแรงและความแข็ง ข้อดีอีกประการหนึ่งคือความสามารถในการปรับแต่งเลย์อัพโดยควบคุมลักษณะการทำงานได้ดียิ่งขึ้น เฟรมจักรยานเป็นตัวอย่างที่ดีของการใช้ผ้า UD เพื่อปรับแต่งประสิทธิภาพ พื้นที่กะโหลกของเฟรมจะต้องแข็งเพื่อส่งกำลังของผู้ขี่ไปยังล้อ แต่เฟรมยังต้องยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้เพื่อหลีกเลี่ยงไม่ให้ผู้ขี่ได้รับบาดเจ็บ ด้วยวัสดุ UD คุณสามารถเลือกทิศทางที่แม่นยำของเส้นใยเพื่อให้ได้ความแข็งแกร่งที่คุณต้องการ

ข้อเสียเปรียบที่สำคัญของ UD คือความคล่องตัว ยูดีอาจขาดออกจากกันได้ง่ายระหว่างการเลย์อัพ เนื่องจากไม่มีเส้นใยที่พันกันเพื่อยึดเข้าด้วยกัน หากวางเส้นใยไม่ถูกต้อง แทบจะเป็นไปไม่ได้เลยที่จะเปลี่ยนเส้นทางให้ถูกต้องอีกครั้ง ชิ้นส่วนเครื่องจักรที่ทำจากผ้า UD อาจทำให้เกิดปัญหาได้เช่นกัน หากเส้นใยใดๆ ดึงขึ้นบริเวณที่คุณสมบัติถูกตัด เส้นใยที่หลวมเหล่านั้นอาจดึงชิ้นส่วนทั้งหมดขึ้นมา โดยทั่วไป หากเลือกวัสดุ UD สำหรับการเคลือบ ชั้นของวัสดุทอจะถูกนำมาใช้สำหรับชั้นแรกและชั้นสุดท้ายเพื่อปรับปรุงความสามารถในการใช้งานและความทนทานของชิ้นส่วน ตั้งแต่เฟรมโดรนสำหรับมือสมัครเล่นไปจนถึงการผลิตชิ้นส่วนจรวด