SAKAI OVEX to japońska firma zajmująca się badaniami i rozwojem technologii otwartych włókien węglowych (rozprzestrzeniania) oraz produkcją produktów. Już około 2010 roku firma nawiązała współpracę z japońską firmą Toho Tennax (obecnie Teijin) w celu opracowania ultralekkich produktów z włókna węglowego, które po obróbce otwartymi włóknami węglowymi są o połowę lżejsze od najcieńszych produktów z włókna węglowego.
W artykule tym najpierw przedstawiono doskonałe właściwości materiałów z włókna węglowego, a następnie skupiono się na charakterystyce technologii otwartych włókien węglowych, a także opisano włókno węglowe z otwartymi włóknami i jego zalety w zakresie wydajności materiału kompozytowego, a na koniec połączono je z SAKAI OVEX krótko opisano obecną przędzę z włókna węglowego firmy w postaci głównych produktów.
01, doskonałe właściwości włókna węglowego
Włókno węglowe jest nie tylko lekkie, mocne, odporne na korozję i inne cechy, ale ma również doskonałą przewodność elektryczną, odporność na ciepło, stabilność wymiarową i stabilność chemiczną.
Właściwości mechaniczne/dynamiczne:
Mały ciężar właściwy (1,7 do 2,0) i lżejszy od metali itp.
Wysoki moduł sprężystości (200 do 650 GPa) i wysoka sztywność.
Wysoka wytrzymałość (3000 MPa do 7000 MPa).
Doskonałe tłumienie wibracji.
Materiał anizotropowy, umożliwiający odpowiednie zaprojektowanie konstrukcji do tego celu.
Właściwości termiczne:
Doskonała odporność na ciepło w atmosferze obojętnej.
Mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i dobra stabilność wymiarowa.
Posiada przewodność cieplną.
Właściwości elektromagnetyczne:
Z ekranowaniem fal elektromagnetycznych.
Dobra przepuszczalność promieni rentgenowskich.
Właściwości chemiczne: doskonała odporność chemiczna.
Właściwości elektryczne: ma pewien stopień przewodności elektrycznej.
02, technologia otwartych włókien węglowych i zalety
Technologia otwartych włókien: znana również jako technologia rozprowadzania przędzy, jest to włókno węglowe o szerokiej gamie cienkich i równomiernie rozłożonych włókien, tworzące technologię przędzy z otwartych włókien. Włókno węglowe to wiązka tysięcy do dziesiątek tysięcy włókien o przekroju okrągłym lub lekko płaskim. Po rozłożeniu tysiące do kilkudziesięciu tysięcy włókien rozkłada się na całej szerokości o spłaszczonym przekroju. Poniższy rysunek przedstawia przekrój wnętrza kabla z włókna węglowego przed i po rozłożeniu.
Tkaniny wykorzystujące przędzę z otwartych włókien węglowych mają następujące główne zalety:
Realizacja cienkich warstw, zmniejszenie kąta zagniatania i poprawa właściwości mechanicznych
a), równomierna dyspersja żywicy dzięki małemu zagniataniu
Poniższy rysunek porównuje schematy strukturalne laminatów przetworzonych przy użyciu tkanin z włókna węglowego przed i po otwarciu włókna węglowego, gdzie po lewej stronie przedstawiono schemat strukturalny przed otwarciem włókna węglowego, a część bogata w żywicę jest nierównomiernie rozłożona w laminatach przy użyciu konwencjonalnych tkanin z włókna węglowego (3 tys.). A w laminacie wykonanym z przędzy z otwartych włókien węglowych po prawej stronie żywica i włókno węglowe są równomiernie rozproszone, a właściwości mechaniczne są ulepszone.
b) Popraw prostotę włókien węglowych, aby maksymalnie wydobyć ich wydajność.
Kabel włókna węglowego bez obróbki otwartymi włóknami jest grubszy, powierzchnia jest bardziej wklęsła i wypukła, ze względu na zginanie kabla włókna, wytrzymałość jest zmniejszona, impregnacja żywicą jest słaba i łatwo jest odkleić się pomiędzy warstwami (jak pokazano na poniższym rysunku po lewej). Po obróbce otwartych włókien kabel włókna węglowego jest wewnętrznie cienki, lekki, ma nierównomiernie zmniejszoną wklęsłość i wypukłość, a kąt tkania jest niewielki. Ma doskonałe właściwości impregnacyjne żywicą i nie jest łatwy do odklejenia pomiędzy warstwami, dlatego wykazuje wysokie wartości właściwości fizycznych, takich jak właściwości zmęczeniowe (jak pokazano na prawym rysunku poniżej). Dlatego po obróbce otwartych włókien modlitwa włóknista jest mniejsza i może złagodzić koncentrację stresu.
c), nie powoduje złuszczania się międzywarstwowego materiału na skutek pęknięć poprzecznych.
Materiały laminowane wykonane z tradycyjnego włókna węglowego i jego tkanin są podatne na poprzeczne pęknięcia i rozwarstwienia pomiędzy warstwami (co widać na lewym rysunku poniżej); po obróbce otwartych włókien laminaty przygotowane przy użyciu tkanin nasączonych włóknami węglowymi są mniej podatne na pęknięcia poprzeczne i łuszczenie się międzywarstwowe (jak pokazano na prawym rysunku poniżej), co skutkuje lepszą wytrzymałością zmęczeniową.
Poprawiona wytrzymałość na rozciąganie, zginanie i ścinanie międzywarstwowe laminatów CFRP przy użyciu tkanin o otwartym splocie z włókna węglowego
03, Wspólne produkty z włókna węglowego otwartego
3.1 Przędza z otwartych włókien węglowych
Po obróbce otwartych włókien, kable z włókna węglowego klasy 12K-48K według specyfikacji PAN mogą być włóknem stale otwartym do szerokości 2-40mm, a w zależności od rodzaju włókna węglowego zakres szerokości otwartych włókien wynosi też inny.
Przędza z otwartych włókien węglowych.
3.2 Tkanina z otwartych włókien węglowych
Włókno węglowe po otwarciu włókna można stosować do dziania osnowowego, dziewiarskiego wątkowego i innych tkanin, tworząc cieńszą strukturę niż poprzednie tekstylia z włókna węglowego, poprawiając odkształcalność (impregnacja żywicą) i właściwości fizyczne.
Tkanina z włókna węglowego przed i po otwarciu włókna
3.3 Prepregi z otwartych włókien węglowych
W zależności od zastosowania można przetwarzać różne rodzaje materiałów pośrednich, takich jak prepreg/semipreg, a także zmieniać rodzaj żywicy impregnacyjnej, np. żywica termoutwardzalna lub żywica termoplastyczna.
Prepreg: Materiał bazowy do formowania CFRP (tworzywa sztucznego wzmocnionego włóknem węglowym) wytwarzany poprzez impregnację przędzy z otwartych włókien lub tkanin z otwartych włókien z włókna węglowego żywicą termoutwardzalną lub żywicą termoplastyczną. Ponieważ jest impregnowany żywicą, może być stosowany do krótkotrwałego formowania na gorąco.
Półimpregnowany: Materiał bazowy do formowania CFRTP (termoplastyczny wzmocniony włóknem węglowym) wykonany przez laminowanie folii z żywicy termoplastycznej na przędzę z otwartych włókien lub tkaninę z otwartych włókien. Ze względu na swoją elastyczność jest materiałem o dużej podatności na formowanie i można go formować w CFRTP poprzez prasowanie na gorąco.
Przetłumaczone za pomocą www.DeepL.com/Translator (wersja bezpłatna)
