Tradicción VS. Innovación: ¿Cómo están las telas multiaxiales de fibra de carbono reinventando los diseños estructurales?

Las telas multiaxiales de fibra de carbono se utilizan ampliamente en muchos campos, como la aeroespacial, la generación de energía eólica, la fabricación de automóviles, el transporte ferroviario, los artículos deportivos, el refuerzo de edificios y los equipos médicos, debido a su ligereza, alta resistencia y excelentes propiedades mecánicas multidireccionales, principalmente para fabricar componentes estructurales ligeros y de alto rendimiento que mejoren la durabilidad y eficiencia del productos , y al mismo tiempo, con el desarrollo de la tecnología y el aumento de las necesidades de protección ambiental, su Mientras tanto, con el desarrollo de la tecnología y el aumento de la demanda de protección ambiental, su aplicación ámbito de aplicación sigue expandiéndose.

Concepto básico de tela multiaxial

1. El fibra de carbono multiaxial se refiere a una estructura en la que las fibras de carbono están dispuestas en capas en múltiples direcciones o sentidos axiales en un material compuesto de fibra de carbono. Esta estructura puede obtener resistencia y rigidez frente a múltiples direcciones, mejorando así el rendimiento general del material compuesto.

2. Las telas multiaxiales de fibra de carbono son tejidos hechos de filamentos de fibra de carbono que se tricotan en urdimbre mediante hilos de poliéster a ángulos multidireccionales de 0°/+45°/-45°/90°.

0/90°	±45°

La tela multiaxial de fibra de carbono adopta una estructura de capas de fibras en múltiples ángulos como 0°, ±45°, 90°, etc., y logra un posicionamiento preciso mediante tecnología de tricotado en urdimbre. Cada capa de fibras se dispone en un ángulo específico, formando una estructura biomimética similar al esqueleto biológico. Este diseño único permite que el material mantenga una alta resistencia en diferentes direcciones de esfuerzo, superando los defectos de las telas tradicionales unidireccionales con marcada anisotropía.

Tela tejida VS. Tela multiaxial

【PLAIN】

(1) Estabilidad excesiva: Debido a la corta distancia entre los puntos de entrelazado, las telas de tejido plano tienen un alto grado de estabilidad, lo que las hace inadecuadas para su uso en superposiciones con perfiles complejos, ya que no son tan flexibles como algunos otros tejidos.

(2) Concentración de tensiones: Debido al exceso de ondulación (el ángulo formado por las fibras al ser tejidas) en el hilo, la marcada ondulación crea una concentración de tensiones que puede debilitar la pieza con el tiempo.

【TWILL】

(1) Equilibrio entre flexibilidad y estabilidad: Las telas de sarga no son tan buenas como las telas planas, aunque tienen buena flexibilidad y pueden formar contornos complejos.

(2) Diferencia de resistencia: Las telas de sarga son menos resistentes que las telas planas, lo que puede afectar su uso en algunas aplicaciones que requieren alta resistencia a la tracción.

multiaxal Fabricación de tejidos

A diferencia de las telas tejidas tradicionales:

(1)Multidirección resistencia y rigidez: Esta es una mejora significativa para los tejidos simples, que no son adecuados para laminaciones de contorno complejo debido a su excesiva estabilidad.

(2)Reducción de la curvatura de las fibras: El tejido de tricotado de curvatura aumenta en gran medida la resistencia al corte interlaminado, la tolerancia al daño, la dureza al impacto y las propiedades de compresión post-impacto de los compuestos, lo que es más propicio para la resistencia de la fibra.

Áreas de aplicación de los tejidos multiaxiles

aeroespacial:T el F22 y el viaje de "adelgazamiento" del Boeing 787

En alas de aeronaves, bastidores estructurales y otros componentes, se requiere que los materiales sean ligeros y tengan propiedades mecánicas multidireccionales para soportar cargas aerodinámicas y tensiones multidimensionales. Las telas multiaxiales de fibra de carbono, mediante un diseño razonable de la disposición de las fibras, hacen que la estructura del componente sea más estable, aumentando su resistencia y rigidez

En la estructura del fuselaje del Boeing 787, palas del ventilador, etc., la tela multiaxial de fibra de carbono reduce considerablemente el peso y mejora la resistencia; los materiales tradicionales de fibra de carbono no pueden soportar eficazmente tensiones en múltiples direcciones, lo que puede provocar fácilmente grietas por fatiga y reducir la durabilidad

【Transporte ferroviario: Vehículos de metro de fibra de carbono CETROVO, nueva generación de CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Co.】

Cuerpo más ligero, funcionamiento más eficiente energéticamente. La reducción de peso del cuerpo del vehículo de metro de fibra de carbono es del 25 %, la reducción de peso del bastidor del bogie (bogie de fibra de carbono multiaxial) es del 50 %, la reducción de peso total del vehículo es de aproximadamente el 11 %, el consumo energético en operación se reduce en un 7 %, cada tren puede reducir las emisiones de dióxido de carbono en aproximadamente 130 toneladas al año, equivalente a la reforestación de 101 acres.

Costos de operación y mantenimiento más bajos durante el ciclo de vida. Gracias a los materiales ligeros de fibra de carbono y a la aplicación de nuevas tecnologías, el desgaste de la rueda y el riel del tren de metro de fibra de carbono se reduce significativamente, disminuyendo notablemente la cantidad de mantenimiento del vehículo y de la vía, lo que reduce los costos de mantenimiento durante todo el ciclo de vida en un 22 %.

【Industria militar: El arma secreta del caza estadounidense F22-Raptor】

El caza F-22 "Raptor" de EE. UU., mediante el uso de una variedad de materiales compuestos reforzados con fibra de carbono, incluyendo materiales compuestos de tejido de urdimbre multiaxial de fibra de carbono, alcanza una proporción de utilización tan alta como el 35 % en partes principales como el ala, la cola biónica, la cola plana y el revestimiento del fuselaje, reduciendo significativamente el peso del fuselaje y mejorando la maniobrabilidad, así como las propiedades de resistencia a la fatiga y a la corrosión. El peso del fuselaje se ha reducido notablemente, y se ha mejorado la maniobrabilidad y la resistencia a la fatiga y a la corrosión.

【Sector civil: Revolución de Materiales de Nueva Generación】

En el ámbito civil, los tejidos multiaxiales de fibra de carbono se han utilizado ampliamente en numerosas industrias como la construcción, la medicina, el transporte y el equipo deportivo, y sus productos están profundamente integrados en la vida cotidiana. En el sector de la construcción, este material ha sido ampliamente adoptado para la reparación y refuerzo de estructuras ingenieriles existentes debido a sus ventajas de fácil instalación y efecto confiable, lo que ha impulsado significativamente la expansión de su aplicación en la industria de la construcción. En el campo médico, con el avance de la tecnología médica y la mejora de la conciencia sobre la salud, la demanda del mercado de equipos médicos de alto rendimiento continúa creciendo, y la operación bajo alta carga de estos equipos exige requisitos rigurosos respecto a su durabilidad. Los materiales de fibra de carbono han demostrado exhibir una excelente inercia química (resistencia a la corrosión, a los ácidos y a los álcalis) y estabilidad dimensional, lo que los convierte en una opción ideal para la fabricación de dispositivos médicos. Los medios de transporte se benefician de las características de ligereza y alta resistencia de los tejidos multiaxiales (excelente resistencia a la tracción y al corte), lo que reduce significativamente el peso muerto del vehículo y disminuye el consumo de energía, mientras que sus excelentes propiedades mecánicas mejoran eficazmente la seguridad pasiva del vehículo. En la industria de artículos deportivos, los compuestos de fibra de carbono satisfacen la demanda de los consumidores por equipos de alto rendimiento y garantizan la calidad y durabilidad del producto gracias a su ligereza, alto amortiguamiento, excelente resistencia a la fatiga y bajas características de deformación.

Perspectiva Futura

Con la mejora continua de la demanda de aplicaciones de materiales compuestos, la tela multiaxial de fibra de carbono entrará en un espacio de desarrollo más amplio en muchos campos gracias a su ángulo de laminado personalizable, alta libertad de diseño y excelentes propiedades mecánicas. En el futuro, con el avance de la tecnología de fabricación automatizada y los nuevos sistemas de resina, se mejorará aún más la eficiencia de producción del tejido multiaxial, el costo seguirá optimizándose y se promoverá su aplicación a gran escala en palas de turbinas eólicas, vehículos de nueva energía, aeroespacial y otros campos de alta gama. Al mismo tiempo, las excelentes propiedades de resistencia al impacto y a la fatiga de la tela multiaxial también tendrán un mayor valor en el sector civil, como el refuerzo de edificios, equipos deportivos y equipos médicos, ayudando así a la difusión de productos ligeros y de alto rendimiento.