Bekijk een deel van koolstofvezel of glasvezelbuis of -plaat van dichtbij en je zult zien dat de vezels in verschillende, specifieke richtingen gaan. Als je verschillende stijlen buizen vergelijkt, merk je misschien dat vezelrichting, ook wel oriëntatie genoemd, niet altijd uniform is. Fabrikanten van composiet buizen en platen gebruiken verschillende oriëntaties, afhankelijk van wat ze met het eindproduct willen bereiken.
In dit bericht zullen we uitleggen hoe vezelrichting de eigenschappen van koolstofvezel en glasvezelbuizen beïnvloedt. Specifieke eigenschappen zijn vaak ideaal voor specifieke toepassingen. Aan het einde van dit bericht weet je hoe vezeloriëntatie de buis beïnvloedt en hoe je de juiste vezeloriëntatie voor je project kiest.
TOP DRIE VEZELORIËNTATIES
Vezels kunnen in elke richting tussen 0° en 180° worden georiënteerd, hoewel vezeloriëntatie boven 90° meestal een negatieve hoekwaarde wordt genoemd. Een vezelhoek van 135° is bijvoorbeeld gelijk aan een hoek van -45°. De meeste koolstofvezel- en glasvezelbuizen die momenteel op de markt zijn, maken gebruik van een combinatie van twee of meer van deze oriëntaties:
0° - Nul-graad vezelhoek is de meest gebruikte oriëntatie. Wanneer vezels in de richting van de belasting zijn gericht, zijn ze de sterkste en stijfste. Bij slangen is de nul graden richting langs de lengte van de buis en draagt bij aan buigstijfheidssterkte.
90° - Negentig graden vezelhoek wordt gebruikt bij het buigen van beide richtingen is vereist. In een buis zijn de negentig graden vezels georiënteerd in de omtrek van de buis. Ze helpen voorkomen dat de buis verplettert of knikt wanneer deze wordt geladen.
±45° - Vijfenveertig graden hoeken worden vaak gebruikt in combinatie met nul en negentig graden lagen om een quasi-isotrope lay-up te creëren. Een positieve laag van vijfenveertig graden wordt bijna altijd gekoppeld naast een negatieve laag van vijfenveertig graden. Bij gebruik op een buis dragen vijfenveertig graden lagen bij aan het verdraaien van stijfheid en kracht.
Geweven vezels worden vaak aangeduid als het hebben van een vezelhoek van 0/90 graden, omdat er vezels in beide richtingen zijn, maar in één stuk. Sommige geweven materialen kunnen nog meer vezelrichtingen bevatten; Triaxiale weefsels hebben bijvoorbeeld vezels in drie richtingen en zijn meestal zelf quasi-isotropisch.
HET EFFECT VAN DE VEZELORIËNTATIE OP EIGENSCHAPPEN
De manier waarop vezels zijn georiënteerd in een koolstofvezel of glasvezel layup beïnvloedt de eigenschappen voor het maken van alles, van buizen tot ruimteschepen. Bouwers moeten deze eigenschappen in overweging nemen tijdens hun ontwerpproces. Hieronder zullen we uitleggen hoe elk van de gemeenschappelijke vezeloriëntaties de eigenschappen beïnvloedt.
1. 0° ORIËNTATIE
Als een onderdeel maar in één richting wordt geladen, is het ideaal om alle vezels in die richting te laten oriënteren. Verpulverde staaf en buizen zijn voorbeelden van een onderdeel dat slechts 0° vezels bevat. Omdat de meeste onderdelen niet in één richting worden geladen, moeten we andere hoeken toevoegen om de sterkte te maximaliseren. Een buis die alleen ziet buigen en niet draait, zou waarschijnlijk nog steeds profiteren van wat extra vezelhoeken. Door 90° lagen toe te voegen, behoudt de buis zijn vorm beter, zodat deze niet voortijdig vastklikt.
2. 90° ORIËNTATIE
Zoals eerder vermeld, worden vaak 90° lagen aan buizen toegevoegd om ze beter bestand te maken tegen knikken en verpletteren. Hoge concentraties van 90° of "hoepel" lagen zijn ook te vinden in drukvaten. Omdat de kracht probeert de buis in een drukvat te vergroten, weerstaan 90° lagen de kracht het beste. Wanneer 90° lagen worden gebruikt in combinatie met 0° lagen in een plaat, wordt dit bidirectioneel genoemd. Het gebruik van geweven doek kan een gemakkelijke manier zijn om snel onderdelen met vezels te bouwen in zowel 0° als 90° richtingen.
3. ±45° ORIËNTATIE
45° lagen dienen verschillende doeleinden, afhankelijk van de toepassing. Je ziet bijna altijd een +45° gekoppeld naast een -45° laag. Dit om het laminaat "in balans" te houden en niet krachtig te draaien wanneer het wordt geladen. Wanneer 45° lagen worden gebruikt in een plaat die al een gelijke mix van 0° en 90° lagen bevat, wordt de plaat quasi-isotropisch. Terwijl een bidirectionele plaat gelijke eigenschappen in twee richtingen heeft, heeft een quasi-isotrope plaat quasi-gelijke eigenschappen in elke richting. In een buis voeren 45° lagen het werk uit van het toevoegen van torsiesterkte en stijfheid. Dat komt omdat wanneer een buis wordt gedraaid, de kracht die op het laminaat werkt eigenlijk op vijfenveertig graden is. Sommige laminaten gebruiken andere hoeken dan 45° als compromis tussen buig-, breek- en torsieprestaties. Omdat 0° lagen niet mogelijk zijn op filament wondbuizen is het gebruikelijk om in plaats daarvan 10° of 15° lagen te zien gebruiken.
DE JUISTE VEZELORIËNTATIE KIEZEN
Nu u weet hoe elke vezeloriëntatie de eigenschappen beïnvloedt, kunt u de juiste lay-up kiezen. Als u een buis nodig hebt die onder een breed scala aan omstandigheden presteert, is een bidirectionele lay-up ideaal. Als u een buis nodig hebt die goed presteert bij het draaien, kies dan een product met meer 45° lagen. Als u de dikte snel wilt vergroten, is een geweven materiaal misschien een goede keuze.
Xinbo Composite biedt platen en buizen met lay-ups om aan bijna elke vraag te voldoen. Als u een aangepaste of ontworpen lay-up voor uw project nodig heeft, bel ons of stuur ons een e-mail. Als u meer vragen heeft over hoe vezeloriëntatie de prestaties van een onderdeel beïnvloedt, helpen onze klantenservicemedewerkers u graag.
