Traditie versus Innovatie: Hoe koolstofvezel multiaxiale weefsels structurele ontwerpen opnieuw vormgeven?

Koolstofvezel multiaxiale stoffen worden veel gebruikt in diverse gebieden zoals lucht- en ruimtevaart, windenergie, automobielproductie, railtransport, sportartikelen, bouwversterking en medische apparatuur vanwege hun lichte gewicht, hoge sterkte en uitstekende multidirectionele mechanische eigenschappen. Ze worden voornamelijk ingezet voor de fabricage van lichtgewicht, hoogwaardige structurele onderdelen om de duurzaamheid en efficiëntie van de producten , en tegelijkertijd, met de ontwikkeling van technologie en de groeiende milieu-eisen, breidt haar toepassing toepassingsgebied zich nog steeds uit.

Basisconcept van multiaxiaal weefsel

koolstofvezel multiaxiaal verwijst naar een structuur waarin koolstofvezels in meerdere richtingen of axiale richtingen in lagen zijn gerangschikt in een koolstofvezelcomposiet. Deze structuur kan sterkte en stijfheid in meerdere richtingen verkrijgen, waardoor de algehele prestaties van het composietmateriaal worden verbeterd.

koolstofvezel multiaxiale weefsels zijn stoffen gemaakt van koolstofvezeldraad die via een dwarsbandtechniek met polyestergarens zijn gebreid onder multidirectionele hoeken van 0°/+45°/-45°/90°.

0/90°	±45°

Koolstofvezel multiaxiaal doek gebruikt een meerhoekige vezellaagstructuur van 0°, ±45°, 90°, enz., en bereikt nauwkeurige positionering door middel van dwarsbandtechnologie. Elke vezellaag is onder een specifieke hoek gerangschikt, waardoor een biomimetische structuur ontstaat die lijkt op een biologisch skelet. Dit unieke ontwerp zorgt ervoor dat het materiaal hoge sterkte behoudt in verschillende belastingsrichtingen, waarmee de nadelen van traditioneel eenzijdig doek met duidelijke anisotropie worden overwonnen.

Geweven stof VS. Multiaxiaal doek

【VLAT】

(1) Te grote stabiliteit: Vanwege de korte afstand tussen de in elkaar gevlochten punten hebben vlatsgeweven stoffen een hoge mate van stabiliteit, waardoor ze ongeschikt zijn voor gebruik in overlayers met complexe profielen, aangezien ze niet zo buigzaam zijn als sommige andere stoffen.

(2) Spanningsconcentratie: Vanwege de sterke krimp (de hoek die de vezels vormen tijdens het weven) in de streng, veroorzaakt de ruwe krimp een spanningsconcentratie die het onderdeel op termijn kan verzwakken

【SCHUINBINDING】

（1）Balans tussen flexibiliteit en stabiliteit: Stoffen met schuine binding zijn niet zo goed als vlatsstoffen, hoewel ze wel goede flexibiliteit hebben en complexe contouren kunnen vormen.

（2）Verschil in sterkte: Stoffen met schuine binding zijn minder sterk dan vlatsstoffen, wat hun toepassing kan beïnvloeden in situaties waarin hoge treksterkte vereist is.

【Multi-assig Stoffen】

In tegenstelling tot traditionele geweven stoffen:

（1）Meerzijdige sterkte en stijfheid: Dit is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van gewone stoffen, die ongeschikt zijn voor complexe contourlagen vanwege teveel stabiliteit.

（2）Verminderde vezelkromming: Gebreide stoffen in de oorrichting verhogen aanzienlijk de interlaminaire afschuifsterkte, schadebestendigheid, slagvastheid en compressie-eigenschappen na impact van composieten, wat gunstiger is voor de vezelsterkte.

Toepassingsgebieden voor multi-assige stoffen

【Lucht- en ruimtevaart：T de F22 en de "afslankreis" van de Boeing 787

In vleugels van vliegtuigen, structurele frames en andere onderdelen zijn materialen vereist die zowel lichtgewicht zijn als mechanische eigenschappen in meerdere richtingen bezitten om aerodynamische belastingen en multidimensionale spanningen te weerstaan. Koolstofvezel multi-axiale weefsels, via een zorgvuldige opbouw van vezellagen, zorgen ervoor dat de componentstructuur stabieler wordt, met verhoogde sterkte en stijfheid.

Boeing 787 rompomhulsel, ventilatorbladen, enz. Met koolstofvezel multi-axiaal weefsel wordt het gewicht sterk verminderd en de duurzaamheid verbeterd. Traditionele koolstofvezelmaterialen kunnen spanningen in meerdere richtingen niet effectief weerstaan, wat gemakkelijk kan leiden tot vermoeiingsbreuk.

【Spoorvervoer: CETROVO nieuw generatie koolstofvezel metrovoertuigen van CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Co.】

Lichter lichaam, energiezuiniger bediening. De gewichtsreductie van het carbonvezel metrovoertuig bedraagt 25%, de gewichtsreductie van het bogiedrager (multiasig met carbonvezel) bedraagt 50%, de totale gewichtsreductie van het voertuig is ongeveer 11%, het energieverbruik tijdens bedrijf daalt met 7%, elk treinstel kan jaarlijks ongeveer 130 ton CO₂-uitstoot verminderen, equivalent aan 101 acres bebossing.

Lagere levenscycluskosten voor bediening en onderhoud. Dankzij de lichtgewicht materialen van carbonvezel en de toepassing van nieuwe technologieën is de slijtage van wielen en rails van de carbonvezel metrotrein aanzienlijk verminderd, wat leidt tot een sterke vermindering van de hoeveelheid onderhoud aan voertuig en spoor, waardoor de onderhoudskosten over de hele levenscyclus met 22% dalen.

【Militaire industrie: Het geheime wapen van de Amerikaanse F22-Raptor straaljager】

De Amerikaanse F-22 "Raptor"-jager maakt gebruik van diverse koolstofvezelversterkte composietmaterialen, waaronder koolstofvezel multiasiale warpbrei-composieten. Het aandeel van deze materialen in de hoofdvleugel, het remklepstaartvlak, het horizontale staartvlak en de romphuid bedraagt tot wel 35%, wat het gewicht van de romp aanzienlijk verlaagt en tegelijkertijd de manoeuvreerbaarheid verbetert, alsook de vermoeiingsweerstand en corrosieweerstand. Het gewicht van de romp is sterk gereduceerd, terwijl de manoeuvreerbaarheid en de weerstand tegen vermoeiing en corrosie zijn verbeterd.

【Burgerlijke sector: Revolutie van volgende-generatiematerialen】

In de civiele sector worden koolstofvezel multiaxiale weefsels op grote schaal gebruikt in diverse industrieën zoals bouw, medische zorg, transport en sportartikelen, en hun producten zijn diep verweven geraakt met het dagelijks leven. In de bouwsector wordt het materiaal veelvuldig toegepast voor de reparatie en versterking van bestaande constructies vanwege de voordelen van eenvoudige verwerking en betrouwbaar effect, wat de uitbreiding van toepassingen in de bouwsector aanzienlijk heeft gestimuleerd. In de medische sector groeit de marktvraag naar hoogwaardige medische apparatuur voortdurend door de vooruitgang in medische technologie en de verbetering van gezondheidsbewustzijn, terwijl de zware belasting van apparatuur strenge eisen stelt aan duurzaamheid. Koolstofvezelmaterialen blijken uitstekende chemische inertie (corrosiebestendigheid, zuur- en alkalibestendigheid) en dimensionale stabiliteit te vertonen, waardoor ze een ideale materiaalkeuze vormen voor de fabricage van medische hulpmiddelen. Transportmiddelen profiteren van de lichtgewicht en hoge sterkte eigenschappen van multiaxiale weefsels (uitstekende trek- en schuifweerstand), wat het leeggewicht van de carrosserie aanzienlijk verlaagt en het energieverbruik vermindert, terwijl de uitstekende mechanische eigenschappen de passieve veiligheid van het voertuig doeltreffend verbeteren. In de sportartikelenindustrie voldoen koolstofvezelcomposieten aan de consumentenvraag naar hoogpresterende uitrusting en garanderen productkwaliteit en duurzaamheid dankzij hun lichte gewicht, hoge demping, uitstekende vermoeiingsweerstand en lage rekkenmerken.

Toekomstige Vooruitzichten

Met de voortdurende verbetering van de vraag naar composietmaterialen zal koolstofvezel multi-axiaal weefsel dankzij zijn aanpasbare opbouwhoek, hoge ontwerpvrijheid en uitstekende mechanische eigenschappen een breder ontwikkelingsperspectief krijgen op vele gebieden. In de toekomst zal, met de vooruitgang in geautomatiseerde productietechnologie en nieuwe harsystemen, de productie-efficiëntie van multi-axiaal weefsel verder toenemen, de kosten blijven optimaliseren en de grootschalige toepassing bevorderen in hoogwaardige sectoren zoals windturbinebladen, nieuwe energievoertuigen en lucht- en ruimtevaart. Tegelijkertijd zullen de uitstekende slagvastheid en vermoeiingsweerstand van multi-axiaal weefsel ook een grotere waarde bieden in civiele toepassingen zoals bouwversterking, sportapparatuur en medische apparatuur, en zo bijdragen aan de verspreiding van lichtgewicht, hoogwaardige producten.