Tradisi VS. Inovasi: Bagaimana Kain Multiaxial Serat Karbon Mengubah Ulang Desain Struktural?

Kain multiaxial serat karbon banyak digunakan di berbagai bidang seperti aerospace, pembangkit listrik tenaga angin, manufaktur otomotif, transportasi rel, peralatan olahraga, penguatan bangunan, dan peralatan medis karena bobotnya yang ringan, kekuatan tinggi, serta sifat mekanik multidireksional yang sangat baik, terutama digunakan untuk memproduksi komponen struktural ringan dengan kinerja tinggi guna meningkatkan daya tahan dan efisiensi dari produk , dan pada saat yang sama, seiring dengan perkembangan teknologi dan meningkatnya kebutuhan akan perlindungan lingkungan, Ruang lingkup penggunaannya terus berkembang. aplikasi ruang lingkupnya terus berkembang.

Konsep dasar kain multiaxial

1. Serat karbon multiaxial mengacu pada struktur di mana serat karbon disusun dalam lapisan-lapisan dengan berbagai arah atau arah aksial dalam komposit serat karbon. Struktur ini dapat memperoleh kekuatan dan kekakuan terhadap berbagai arah, sehingga meningkatkan kinerja keseluruhan material komposit.

2. Kain serat karbon multiaxial adalah kain yang terbuat dari filamen serat karbon yang dirajut dengan benang poliester melalui sudut multidireksional 0°/+45°/-45°/90°.

0/90°	±45°

Kain serat karbon multiaxial mengadopsi struktur lapisan serat multi-sudut seperti 0°, ±45°, 90°, dan lainnya, serta mencapai posisi yang tepat melalui teknologi rajutan warp. Setiap lapisan serat disusun pada sudut tertentu untuk membentuk struktur biomimetik yang menyerupai kerangka biologis. Desain unik ini memungkinkan material mempertahankan kekuatan tinggi dalam berbagai arah tegangan, mengatasi kelemahan kain satu arah tradisional yang memiliki anisotropi yang jelas.

Kain Tenun VS. Kain Multiaxial

【POLA DASAR】

(1) Stabilitas berlebihan: Karena jarak yang pendek antara titik-titik tenunan, kain pola dasar memiliki tingkat stabilitas yang tinggi, sehingga tidak cocok digunakan pada lapisan dengan bentuk kompleks, karena tidak sefleksibel beberapa jenis kain lainnya.

(2) Konsentrasi tegangan: Karena adanya lengkungan berlebihan (sudut yang terbentuk oleh serat saat ditenun) pada helaian benang, lengkungan kasar ini menciptakan konsentrasi tegangan yang dapat melemahkan bagian tersebut seiring waktu

【POLA SERONG】

（1）Keseimbangan antara fleksibilitas dan stabilitas: Kain pola serong tidak sekuat kain pola dasar meskipun memiliki fleksibilitas yang baik dan dapat membentuk kontur kompleks.

（2）Perbedaan kekuatan: Kain pola serong memiliki kekuatan yang lebih rendah dibandingkan kain pola dasar, yang dapat memengaruhi penggunaannya dalam beberapa aplikasi yang membutuhkan kekuatan tarik tinggi.

multi-Axial Kain

Berbeda dengan kain tenunan tradisional:

(1)Multi-dire kekuatan dan kekakuan: Ini merupakan peningkatan yang signifikan untuk kain polos, yang tidak cocok untuk laminasi kontur yang kompleks karena stabilitas yang berlebihan.

(2)Kurangnya kelengkungan serat: Penikahan warp sangat meningkatkan kekuatan geser interlaminar, toleransi kerusakan, ketahanan dampak dan sifat kompresi pasca dampak dari komposit, yang lebih kondusif untuk kekuatan serat.

Bidang aplikasi untuk kain multi-aksal

aerospace:T perjalanan "Pelangsingan" F22 dan Boeing 787

Pada sayap pesawat, rangka struktural, dan komponen lainnya, material dituntut ringan sekaligus memiliki sifat mekanis multidireksional untuk menahan beban aerodinamik dan tegangan multidimensi. Kain multiaxial serat karbon melalui desain penataan serat yang rasional membuat struktur komponen lebih stabil, serta meningkatkan kekuatan dan kekakuan

Badan fuselage Boeing 787, sudu fan, dan lainnya, kain multiaxial serat karbon secara signifikan mengurangi berat dan meningkatkan ketahanan; material serat karbon konvensional tidak mampu menahan tegangan dari berbagai arah secara efektif, yang dapat menyebabkan retak karena kelelahan dan mengurangi daya tahan

【Transportasi Kereta Api: Kendaraan Metro Serat Karbon Generasi Baru CETROVO dari CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Co.】

Bodi yang lebih ringan, operasi lebih hemat energi. Bodi kendaraan kereta bawah tanah serat karbon mengalami pengurangan berat hingga 25%, rangka bogie (serat karbon multi-aksial) berkurang beratnya hingga 50%, keseluruhan kendaraan mengalami pengurangan berat sekitar 11%, konsumsi energi saat operasi berkurang 7%, setiap kereta dapat mengurangi emisi karbon dioksida sekitar 130 ton per tahun, setara dengan reboisasi seluas 101 acre.

Biaya operasi dan pemeliharaan siklus hidup yang lebih rendah. Berkat material ringan serat karbon dan penerapan teknologi baru, keausan roda dan rel pada kereta bawah tanah serat karbon berkurang secara signifikan, sehingga jumlah perawatan kendaraan dan rel berkurang secara nyata, biaya pemeliharaan selama siklus hidup berkurang hingga 22%.

【Industri militer: Senjata Rahasia Jet Tempur F22-Raptor AS】

Pesawat tempur U.S. F-22 "Raptor" dengan menggunakan berbagai material komposit penguat serat karbon, termasuk material komposit rajutan tenun karbon serat multi-aksial, sehingga rasio dosis pada bagian-bagian utama seperti sayap, ekor payung, ekor datar, dan kulit badan pesawat mencapai 35%, secara signifikan mengurangi bobot badan pesawat, serta meningkatkan fleksibilitas manuver, ketahanan terhadap kelelahan, dan sifat tahan korosi. Bobot badan pesawat berkurang secara signifikan, sementara kemampuan manuver, ketahanan terhadap kelelahan, dan ketahanan terhadap korosi juga meningkat.

【Sektor Sipil：Revolusi Material Generasi Berikutnya】

Di bidang sipil, kain multiaxial serat karbon telah banyak digunakan dalam berbagai industri seperti konstruksi, medis, transportasi, dan peralatan olahraga, serta produk-produknya telah menyatu erat dengan kehidupan sehari-hari. Di bidang konstruksi, material ini telah banyak diadopsi untuk perbaikan dan penguatan struktur teknik yang sudah ada karena keunggulannya dalam kemudahan pengerjaan dan efek yang andal, sehingga secara signifikan mendorong perluasan penerapannya di industri konstruksi. Di bidang medis, seiring kemajuan teknologi kesehatan dan peningkatan kesadaran akan kesehatan, permintaan pasar terhadap peralatan medis berkinerja tinggi terus meningkat, dan operasi peralatan yang menuntut beban tinggi mengharuskan ketahanan yang sangat ketat. Material serat karbon terbukti memiliki inert kimia yang sangat baik (tahan korosi, tahan asam dan basa) serta stabilitas dimensi, menjadikannya pilihan material ideal dalam pembuatan alat kesehatan. Alat transportasi memperoleh manfaat dari karakteristik ringan dan kuat dari kain multiaxial (ketahanan tarik dan geser yang sangat baik), yang secara signifikan mengurangi bobot mati bodi kendaraan dan menurunkan konsumsi energi, sementara sifat mekanik unggulnya secara efektif meningkatkan keselamatan pasif kendaraan. Di industri peralatan olahraga, komposit serat karbon memenuhi permintaan konsumen terhadap peralatan berkinerja tinggi serta menjamin kualitas dan daya tahan produk berkat bobotnya yang ringan, redaman tinggi, ketahanan lelah yang sangat baik, dan karakteristik regangan rendah.

Outlook Masa Depan

Dengan terus meningkatnya permintaan aplikasi material komposit, kain multi-aksial serat karbon akan memasuki ruang pengembangan yang lebih luas di berbagai bidang berkat sudut tumpukan yang dapat disesuaikan, kebebasan desain yang tinggi, serta sifat mekanis yang sangat baik. Di masa depan, seiring kemajuan teknologi manufaktur otomatis dan sistem resin baru, efisiensi produksi kain multi-aksial akan semakin meningkat, biaya terus dioptimalkan, serta mendorong penerapannya secara besar-besaran di bidang-bidang unggulan seperti baling-baling turbin angin, kendaraan energi baru, dan aerospace. Pada saat yang sama, ketahanan benturan dan ketahanan anti-kelelahan yang sangat baik dari kain multi-aksial juga akan memberikan nilai lebih besar di bidang sipil seperti penguatan bangunan, peralatan olahraga, dan peralatan medis, guna mendukung popularisasi produk-produk ringan dengan kinerja tinggi.