Karbon Fiber 101: Dokumaları ve Kumaşları Anlamak

Karbon elyaf üretilip şekillendirildikten sonra genellikle kumaşa dokunur. Kumaş yapmaya başlamak için üreticiler, kıtık adı verilen karbon elyaf demetleri oluştururlar. Kıtıklar, lif veya filament içeriklerine göre derecelendirilir ve genellikle 3k, 6k, 12k ve 15k olarak anılır. K, "bin" anlamına gelir ve 3k'lik bir kıtığın 3,000 karbon filamentten oluştuğunu gösterir. Tek bir karbon fiber ipliği yalnızca yaklaşık 5-10 mikron kalınlığında olduğundan, 3k'lık bir kıtık yalnızca yaklaşık 0,125 inç kalınlığındadır. 6k'lık bir yedek, 3k'lik bir yedekten yaklaşık iki kat daha kalındır, 12k'lik bir yedekten dört kat daha kalındır ve bu böyle devam eder. Bu kadar kompakt bir alanda büyük miktarda güçlü karbon fiber, malzemeye inanılmaz bir dayanıklılık kazandırıyor.

karbon fiber örgü
Karbon fiber makaraları bir tezgahta kumaşa dokunuyor. En yaygın örgüler düz örgü, dimi örgü ve gücü örgüdür.

Düz örgü veya 1x1 örgü karbon fiber kumaş simetriktir ve dama tahtasını andırır. Kıtıklar üst/alt desende dokunarak son derece dayanıklı, sıkı bir şekilde iç içe geçmiş elyaflar sağlar. Kumaş stabilitesi, bir malzemenin lif oryantasyonunu ve dokuma açısını koruyabilme yeteneğini ifade eder. Yüksek kumaş stabilitesi nedeniyle düz karbon fiber kumaş, özellikle esnek olmadığından karmaşık konturlar için daha az uygundur. Ancak işlenmesi daha kolaydır ve kumaşın deformasyonuna neden olmaz. Bu nedenle düz levhalar, tüpler ve 2 boyutlu eğriler için idealdir.

Kıvrım, dokumadaki tek tek liflerin eğriliğidir ve düz karbon lifli kumaşlar, filaman şeritlerinin sıkı bir şekilde iç içe geçmesinden dolayı kaba bir kıvrıma sahiptir. Zamanla bu sert kıvrılma, zayıf bölgelere yol açan stres noktaları yaratır.

2x2 veya 4x4 desenden oluşan dimi dokuma, en yaygın karbon elyaf kumaş türüdür. 2x2 örgüde her bir tel iki telin üzerinden ve ardından her iki telin altından geçirilir. O halde, 4x4'lük bir örgünün, her bir ipin dört ipten ve ardından dört ipten daha geçmesinden oluştuğu mantıklıdır. Bu üst/alt örgü belirgin bir diyagonal desen oluşturur. Dimi dokumada birbirine geçen şeritler arasındaki mesafe düz dokumaya göre daha uzundur. Sonuç olarak, daha az kıvrılma meydana gelir ve bu da stres noktalarının oluşma olasılığını azaltır.

Dimi dokuma esnektir ve iyi stabiliteyi korurken karmaşık konturlar oluşturabilir. Artan doku deformasyonunu önlemek için düz dokumaya göre daha dikkatli kullanılmalıdır. 4x4 örgünün oluşturulması 2x2 örgüye göre daha kolaydır ancak kumaş aynı zamanda daha az stabildir.

Saten dokuma binlerce yıldır ipek kumaşlara güzel bir örtü kazandırmak ve aynı zamanda kumaşı pürüzsüz ve dikişsiz hale getirmek için kullanılmıştır. Karbon fiber kompozitlerde kullanıldığında saten dokumalar kolaylıkla karmaşık konturlar oluşturabilir. Açıkçası bu, saten dokumanın stabilitesinin de diğer dokumalara göre daha düşük olduğu anlamına geliyor.

En yaygın saten örgüleri dört gücül saten (4HS), beş gücül saten (5HS) ve sekiz gücül satendir (8HS). Bu sayı, geçirilen ve daha sonra geçirilen toplam çekme sayısını temsil eder. Örneğin, 4HS dokusunun içinden geçen üç filaman ipliği ve ardından içinden geçen bir filaman ipliği vardır. 5HS'de dört ip çaprazlanır ve sonra bir tane altta kalırken, 8HS'de yedi ip çaprazlanır ve sonra bir tane altta kalır. Saten dokuma numarası ne kadar yüksek olursa, şekillendirilebilirlik o kadar iyi, ancak stabilite o kadar kötü olur.

Karbon fiber kumaşlar oluşturmak için kullanılan birçok başka dokuma yöntemi vardır. Bunlar balık örgüsü, çekme yayılımı, örgü, tek yönlü örgü ve özel örgüyü içerir. Her örgü, onu bazı tasarımlarda kullanım için ideal kılan, ancak diğerleri için iyi bir seçim olmayan benzersiz özellikler içerir. Belirli bir işlevi gerçekleştirmek için hangi karbon fiber örgünün kullanılması gerektiğini belirlerken dikkate alınması gereken birçok faktör vardır. Bu faktörler arasında mukavemet, şekillendirilebilirlik, stabilite ve kıvrılma yer alır. Karbon elyaf üreticileri, hangi kumaşın hangi tasarım için kullanılması gerektiğini bilme konusunda uzmandır.