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          復合材料專業知識:一文簡要了解纖維方向如何影響復合材料管材和板材力學性能

          2022-12-14 來源:碳纖維及基復合材料技術作者:錢 鑫 博士 瀏覽數:839

          在這篇文章中,將會向大家介紹纖維方向如何影響碳纖維和玻璃纖維管材的性能;特定特性通常是特定應用的理想選擇。在本文結束時,你將會了解如何為自己的目標產品選擇正確的纖維方向。

            當你仔細觀察一段碳纖維或玻璃纖維管或板材,就會發現纖維并不總是一致的,復合材料管材和板材制造商會根據他們想要完成的成品,而使用具有不同方向的纖維。
            
            在這篇文章中,將會向大家介紹纖維方向如何影響碳纖維和玻璃纖維管材的性能;特定特性通常是特定應用的理想選擇。在本文結束時,你將會了解如何為自己的目標產品選擇正確的纖維方向。
            
            最常用的三種纖維取向
            
            纖維的取向可以在0°到180°之間的任一方向上定向,盡管纖維取向超過90°通常被稱為負角度值,例如135°纖維角度等于-45°角度。目前市場上的大多數碳纖維和玻璃纖維管都采用了兩種或多種方向的組合:
            
            0°—零度纖維角度是最常用的方向。當纖維與載荷方向一致時,它們是最強和最硬的。在管道上,零度方向沿管道長度方向,有助于彎曲剛度和強度。
            
            90°—當需要雙向彎曲時,會使用90°纖維角。在管中,90度纖維沿管的圓周定向。它們有助于防止管子在加載時壓碎或彎曲。
            
            ±45°—45度角通常與零度和90度層結合使用,以形成準各向同性鋪層。正45度層幾乎總是與負45度層相鄰。在管上使用時,45度的層有助于扭轉剛度和強度。
            機織纖維通常被稱為具有0/90度的纖維角度,因為在兩個方向上都有纖維。一些編織材料可以包含更多的纖維方向,例如三軸織物在三個方向上具有纖維,并且通常自身是準各向同性的。
            
            纖維取向對性能的影響
            
            碳纖維或玻璃纖維鋪層材料的纖維取向影響著其從管子到太空船等各種材料的性能。加工商在設計過程中必須考慮這些特性。下面我們將解釋三種常見的纖維取向是如何影響性能:
            
            0°方位:如果一個部件只在一個方向上加載,那么理想的情況是所有的纖維都朝著那個方向。拉擠桿和管材是只包含0°纖維的零部件示例。由于大多數零件并非僅在一個方向上加載,需要添加其他角度以最大化強度。一個只看到彎曲而沒有扭曲的管子仍然可能從一些額外的纖維角度中受益。添加90°層有助于管更好地保持其形狀,從而不會過早彎曲。
            
            90°方位:如上所述,通常在管道中添加90°層,使其更耐彎曲和擠壓。壓力容器中也可以發現高比例的90°或“箍”層。由于力是試圖擴大壓力容器中的管道,因此90°層抵抗力最好。當90°層與板中的0°層結合使用時稱為雙向。使用編織布可以很容易地在0°和90°方向上快速構建零件。
            
            ±45°方位:45°層根據應用的不同而有不同的用途。你幾乎總是會看到+45°與-45°層相鄰,這是為了保持層壓板“平衡”,避免在加載時發生強力扭轉。當45°層用于已經包含0°和90°層的等量混合的板時,該板變為準各向同性。雙向板在兩個方向上具有相等的性質,而準各向同性板在任何方向上具有準相等的性質。在管中,45°層起到增加扭轉強度和剛度的作用。這是因為當管子被扭曲時,作用在層壓材料上的力實際上是45度。一些層壓板將使用45°以外的角度作為彎曲、壓碎和扭轉性能之間的折衷。由于0°層不可能在纖維纏繞管上使用,因此通常使用10°或15°層來代替。

          選擇正確的纖維方向
            
            現在,你應該大體了解了每種纖維取向是如何影響性能的,就可以選擇正確的鋪層。如果你需要一個在各種條件下都能工作的管子,雙向疊層是理想的選擇。
            
            如果你需要一個在扭轉方面表現良好的管子,選擇一個具有更多45°層的產品;而如果你需要快速增加厚度,編織材料則是一個不錯的選擇。

          標簽:

          風電
          閱讀上文 >> 技術交流 | 用于風機主軸裂紋檢測的技術探討
          閱讀下文 >> 新能源工程總承包建設模式研究與應用

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