Традиција у односу на иновацију: Како вишеосни тканини од угљеничних влакана поново осмишљају структурне конструкције?

Вишеосни тканини од угљеничних влакана имају широку примену у многим областима као што су аерокосмичка индустрија, производња електричне енергије из ветра, автомобилска индустрија, железнички превоз, спортска опрема, јачање грађевина и медицинска опрема због своје мале тежине, високе чврстоће и изузетних механичких особина у више смерова, углавном се користе за израду лаких, високоперформантних структурних делова како би се побољшала издржљивост и ефикасност пРОИЗВОДИ , а истовремено, са развојем технологије и повећаним захтевима за заштитом животне средине, његова примена примена се наставља да проширује.

Основни појам вишеосног платна

1. Карбонски вишеосни материјал подразумева структуру у којој су карбонска влакна распоређена у слојевима у више смерова или осних правца у карбонском композиту. Ова структура може постићи чврстоћу и крутост према више смерова, чиме се побољшава опште перформансе композитног материјала.

2. Карбонска вишеосна тканина је тканина направљена од карбонских филамената који су испредени полиестерским нитима кроз вишесмерне углове од 0°/+45°/-45°/90°.

0/90°	±45°

Карбонска вишеосна тканина има вишеугаону структуру слојева влакана од 0°, ±45°, 90° итд., а постиже прецизно позиционирање помоћу технологије трикот ткања. Сваки слој влакана поређан је под одређеним углом, формирајући биомиметичку структуру сличну биолошком скелету. Ово јединствено решење омогућава материјалу да одржи високу чврстоћу у различитим правцима напрезања, надмашујући мане традиционалне једносмерне тканине са израженом анизотропијом.

Тканина VS. Вишеосна тканина

【ПЛАИН】

(1) Претерана стабилност: Због кратког растојања између тачака пресицања, тканине са платненим преплетом имају висок степен стабилности, због чега нису погодне за употребу у преклапању са комплексним профилима, јер нису тако подесне као неке друге тканине.

(2) Концентрација напона: Због претераног гребења (угао који образују влакна током ткања) у превоју, грубо гребење ствара концентрацију напона која може ослабити део током времена

【ТВИЛ】

（1）Баланс флексибилности и стабилности: Тканине са твил преплетом нису исто тако добре као платнене тканине, иако имају добру флексибилност и могу формирати комплексне контуре.

（2）Разлика у чврстоћи: Тканине са твил преплетом су мање чврсте од платнених тканина, што може утицати на њихову употребу у неким применама које захтевају високу чврстоћу на затезање.

【Вишеосни Тканине】

У односу на традиционалне тканине:

（1）Вишенаправна чврстоћа и крутост: Ово је значајно побољшање у односу на обичне тканине, које нису погодне за ламинирање сложених контура због превелике стабилности.

（2）Смањено искривљење влакана: Везивање платном знатно повећава чврстоћу композита на интерламинарно смицање, отпорност на оштећења, ударну виловитост и својства компресије након удара, што је повољније за чврстоћу влакана.

Области примене вишеосних тканина

【Аерокосмичка：Т f22 и „исцрпљивање“ Boeing 787】

На крилима авиона, структурним оквирима и другим компонентама, захтевају се материјали који су истовремено лаки и имају механичка својства у више смерова како би издржали аеродинамичке оптерећења и напоне у више димензија. Вишесмерске тканине од угљеничних влакана, кроз разумно пројектовање распореда влакана, омогућавају стабилнију структуру делова, као и повећање чврстоће и крутости

Карбонско влакно у вишесмерним тканинама значајно смањује тежину корпуса Boeing 787, лопатица вентилатора и других делова, и побољшава отпорност. Традиционални материјали од угљеничних влакана нису ефикасни у противљењу напонима у више смерова, што може довести до замора и пуцања.

【Железнички превоз: CETROVO возила нове генерације од карбонског влакна од стране CSR Qingdao Sifang Rolling Stock Co.】

Лакши телу, енергетски ефикаснији рад. Телу воза метроа од карбонске влакна има смањење тежине од 25%, рам воксила (вишеосовински од карбонске влакне) има смањење тежине од 50%, укупна тежина воза смањена је за око 11%, потрошња енергије у раду за 7%, сваки воз може смањити емисију угљен-диоксида за око 130 тона годишње, што је еквивалентно обнови шуме на 101 акру.

Нижи трошкови рада и одржавања кроз цео животни век. Захваљујући лаким материјалима од карбонске влакна и примени нових технологија, хабање точкова и трака код возова метроа од карбонске влакна је значајно смањено, чиме се значајно смањује потребан износ одржавања возила и пруге, а трошкови одржавања кроз цео животни век смањени су за 22%.

【Војна индустрија: Секретно оружје америчког ловаца F22-Raptor】

Амерички ловачки авион F-22 „Raptor“ користи разноврсне композитне материјале армиране угљеничним влакнима, укључујући и вишеосовинске трикот композите од угљеничних влакана, при чему је удео ових материјала у крилима, вучном тренцу, равном тренцу и кошуљици трупа и другим деловима чак 35%, знатно смањујући тежину трупа, побољшавајући маневарски опсег, отпорност на замор и корозију. Тежина трупа је значајно смањена, док су маневарност, отпорност на замор и корозију побољшане.

【Цивилни сектор: Револуција следеће генерације материјала】

У цивилним областима, вишеосни тканине од угљеничних влакана широко се користе у многим индустријама као што су градитељство, медицинска заштита, транспорт и спортска опрема, а њихови производи су дубоко интегрисани у свакодневни живот. У градитељству, материјал је због својих предности попут једноставне изведбе и поузданог ефекта, нашао широко прихватање за поправку и јачање постојећих инжењерских конструкција, чиме је значајно подстакнута експанзија његове примене у градитељској индустрији. У медицинској области, напретком медицинске технологије и побољшањем свести о здрављу, тражи се све већа потражња за високоперформантном медицинском опремом, а рад опреме под великим оптерећењем поставља строге захтеве према њеној издржљивости. Доказано је да угљенична влакна имају изузетну хемијску инертност (отпорност на корозију, киселине и базе) и димензионалну стабилност, због чега представљају идеалан избор материјала за производњу медицинских уређаја. Средства транспорта имају користи од лаке конструкције и високе чврстоће вишеосних тканина (изузетна отпорност на затезање и смичење), што значајно смањује мртву масу возила и смањује потрошњу енергије, док њихова изузетна механичка својства ефикасно побољшавају пасивну сигурност возила. У индустрији спортске опреме, композити од угљеничних влакана испуњавају потрошачке потребе за високоперформантном опремом и осигуравају квалитет и издржљивост производа због своје мале тежине, високе демпфирања, изузетне отпорности на замор и ниске вредности деформације.

Buduća perspektiva

Са сталним побољшањем тражње за применом композитних материјала, вишеосни платнени украс од карбонске влакна ће имати ширу развојну перспективу у многим областима заснован на прилагодљивом углу слагања, високом слободом дизајна и изузетним механичким својствима. У будућности, напретком технологије аутоматизоване производње и нових система смоле, ефикасност производње вишеосног ткива ће се даље побољшавати, трошкови ће се наставити оптимизовати и овиме ће се потакнути масовна примена у ветрогенераторима, новим енергетским возилима, аерокосмичкој и другим високотехнолошким областима. У исто време, изузетна отпорност на ударце и антизаморна својства вишеосног платна такође ће имати већу вредност у грађевинској употреби као што су јачање конструкција, спортска опрема и медицинска опрема, чиме ће се помоћи ширењу лаких и високоперформантних производа.