Tenun Serat Karbon: Apa itu dan mengapa menggunakannya

Jika Anda pernah bertanya-tanya mengapa sepotong serat karbon terlihat berbeda dari yang lain, Anda tidak sendiri. Serat karbon hadir dalam banyak tenunan yang berbeda, masing-masing melayani tujuan yang berbeda, dan bukan hanya dekoratif.

Serat karbon terbuat dari prekursor seperti poliakrilonitril (PAN) dan rayon. Serat prekursor diolah secara kimia, dipanaskan dan diregangkan, kemudian dikarbonisasi untuk membuat serat berkekuatan tinggi. Serat-serat ini, atau filamen, kemudian dibundel bersama untuk membentuk derek, yang diidentifikasi dengan jumlah filamen karbon yang dikandungnya. Kelas penarik umum adalah 3k, 6k, 12k dan 15k. "k" berarti seribu, jadi derek 3k terbuat dari 3,000 filamen karbon. Derek 3k standar biasanya memiliki lebar 0.125", jadi kemas banyak serat ke dalam ruang kecil. Derek 6k memiliki 6,000 filamen karbon, derek 12k memiliki 12,{{16 }} filamen karbon, dan sebagainya. Banyak serat berkekuatan tinggi yang digabungkan menjadi satu yang membuat serat karbon menjadi bahan yang kuat.

Serat karbon anyaman
Serat karbon biasanya berbentuk kain tenun, yang membuatnya lebih mudah untuk dikerjakan dan, bergantung pada aplikasinya, dapat memberikan kekuatan struktural tambahan. Akibatnya, kain serat karbon hadir dalam banyak tenunan yang berbeda. Yang paling umum adalah solid, twill, dan pita satin, dan kita akan membahasnya lebih detail.

tenunan polos
Panel serat karbon tenunan polos tampak simetris, dengan tampilan kotak-kotak kecil. Dalam tenunan ini, derek ditenun dengan pola over/under. Jarak antar anyaman yang pendek memberikan tingkat stabilitas yang tinggi pada tenunan polos. Stabilitas kain adalah kemampuan kain untuk mempertahankan sudut tenunan dan orientasi seratnya. Karena tingkat stabilitas yang tinggi ini, tenunan polos kurang cocok untuk layup berkontur yang rumit, tidak akan sefleksibel beberapa tenunan lainnya. Secara umum, tenunan polos cocok untuk lembaran datar, pipa, dan kurva dua dimensi.

Salah satu kelemahan dari pola menenun ini adalah kerutan kasar (sudut yang dibuat serat saat menenun, lihat di bawah) di bagian belakangnya karena jarak antar jalinan yang pendek. Keriting kasar menciptakan konsentrasi stres yang dapat melemahkan bagian dari waktu ke waktu.

Tenunan kepar
Twill berfungsi sebagai jembatan antara tenunan polos dan tenunan satin yang akan kita bahas selanjutnya. Twill cukup fleksibel untuk membentuk kontur yang rumit dan lebih baik dalam menjaga stabilitas kain daripada tenunan pelana satin, tetapi tidak sebaik tenunan polos. Jika Anda mengikuti derek di kepar, ia melewati sejumlah derek dan kemudian melalui derek dengan jumlah yang sama. Pola atas/bawah menciptakan tampilan mata panah diagonal yang dikenal sebagai "garis diagonal". Jarak yang lebih jauh antara jalinan derek berarti lebih sedikit crimping dan lebih sedikit potensi konsentrasi tegangan dibandingkan dengan tenunan polos.

2x2 kepar

4×4 Kepar
2×2 Twill mungkin merupakan kain serat karbon paling terkenal di industri. Ini digunakan dalam banyak aplikasi kosmetik dan dekoratif tetapi juga sangat fungsional, ia memiliki sifat mampu bentuk sedang dan stabilitas sedang. Sesuai dengan namanya 2×2, setiap derek akan melewati 2 derek dan selanjutnya melalui 2 derek. Demikian juga, kepar 4x4 akan melalui 4 derek dan kemudian 4 derek. Ini sedikit lebih mudah dibentuk daripada kepar 2×2 karena tenunannya tidak sekencang itu, tetapi juga kurang stabil.

Memanfaatkan Tenunan Satin
Tenunan satin dirancang ribuan tahun yang lalu untuk membuat kain sutra yang memiliki tirai yang sangat bagus sekaligus terlihat halus dan mulus. Untuk komposit, drapability ini berarti dapat membentuk dan membungkus kontur yang rumit dengan mudah. Karena sifat mampu bentuk yang tinggi dari kain ini, diperkirakan memiliki stabilitas yang rendah. Tenunan yang umum adalah empat ikat (4HS), lima ikat (5HS) dan delapan ikat (8HS). Dengan meningkatnya jumlah tenunan satin, sifat mampu bentuk meningkat sementara stabilitas kain menurun.

4HS

5HS

8HS

Angka pada nama Harness Satin menunjukkan jumlah derek yang dilewati. Untuk 4HS akan lebih dari 3 derek dan kemudian di bawah 1 derek. Untuk 5HS akan lebih dari 4 derek kemudian di bawah 1 derek dan untuk 8HS akan lebih dari 7 derek kemudian di bawah 1 derek.

Sebarkan Derek vs. Derek Standar
Bahan derek sebar dapat menjadi kompromi yang baik antara penggunaan bahan searah dan bahan tenun standar. Ketika serabut serat ditenun ke atas dan ke bawah untuk membentuk kain, kekuatannya berkurang karena kerutan pada serabut. Saat Anda menambah jumlah filamen dalam tow standar, katakanlah dari 3k ke 6k, tow menjadi lebih besar (lebih tebal) dan sudut kerutan menjadi lebih tajam. Salah satu cara untuk menghindarinya adalah dengan menyebarkan filamen ke dalam derek yang lebih lebar, yang disebut derek sebar, yang memiliki beberapa manfaat.

Spread tow memberikan sudut kerutan yang lebih kecil daripada kepang derek standar dan dapat mengurangi cacat penyeberangan dengan meningkatkan kehalusan. Sudut kerutan yang lebih rendah akan menghasilkan kekuatan yang lebih tinggi. Bahan derek sebar juga lebih mudah dikerjakan daripada bahan searah dan masih memiliki pencegahan penarikan serat yang cukup baik.

Sebarkan derek polos

Sebarkan tenunan kepar
searah
Seperti namanya, uni berarti satu, dan semua serat menghadap ke arah yang sama. Ini memberikan beberapa keunggulan kekuatan tinggi pada kain searah (UD). Kain UD bukan tenunan dan tidak memiliki serat jalinan berkerut yang akan melemahkan strukturnya. Sebaliknya, ada serat kontinu yang menambah kekuatan dan kekakuan. Manfaat lainnya adalah kemampuan untuk menyesuaikan tumpukan dengan kontrol yang lebih besar terhadap karakteristik kinerja. Rangka sepeda adalah contoh yang bagus tentang bagaimana kain UD dapat digunakan untuk menyempurnakan performa. Rangka harus kaku di area braket bawah untuk mentransfer tenaga pengendara ke roda, tetapi juga harus sesuai dan fleksibel agar tidak membuat pengendara kewalahan. Dengan bahan UD, Anda dapat memilih orientasi serat yang tepat untuk mendapatkan kekuatan yang diinginkan.

Kerugian utama UD adalah kemampuan manuvernya. UD mudah rusak selama layup karena tidak memiliki serat yang terjalin untuk menahannya. Jika serat ditempatkan secara tidak benar, hampir tidak mungkin untuk mengarahkannya kembali dengan benar. Komponen mesin yang terbuat dari kain UD juga dapat menimbulkan masalah. Jika ada serat yang ditarik ke atas di bagian yang dipotong, serat yang lepas itu akan ditarik ke atas seluruhnya melalui bagian tersebut. Biasanya, jika bahan UD dipilih untuk layup, lapisan bahan anyaman digunakan untuk lapisan pertama dan terakhir untuk meningkatkan kemampuan proses dan ketahanan komponen. Inilah yang dilakukan frame drone penghobi hingga produksi komponen roket.