0°/90° vs. ±45° kaheteljeline klaaskiudkangas: erinevused ja kuidas valida

Armatuuri õige suuna valimine on klaaskiust komposiitlaminaadi projekteerimisel hädavajalik. Kuigi 0°/90° ja ±45° kaheteljeline Klaaskiudkangad võivad kasutada samu E-klaaskiude ja nende kogukaal on sarnane, need tugevdavad komposiitstruktuuri eri suundades ning reageerivad erinevalt tõmbe-, painde-, nihke- ja väändekoormustele.

Seetõttu ei ole valik ainult selles, milline kaheteljeline kangas on tugevam. See sõltub koormuse suunast, komponendi kujust, tootmisprotsessist ja üldisest laminaadi disainist.

Professionaalina klaaskiudkanga tarnija , Jlon pakub erineva kaalu, laiuse ja konstruktsiooniga 0°/90° biaksiaalset klaaskiudkangast, ±45° kaheteljelist klaaskiudkangast ja mitmeteljelist klaaskiudkangast. See juhend selgitab nende peamisi erinevusi ja aitab komposiitmaterjalide tootjatel valida mere-, tuuleenergia-, transpordi-, ehitus- ja tööstusrakenduste jaoks õige klaaskiust tugevduse.

Mis on kaheteljeline klaaskiudkangas?

Kaheteljeline klaaskiudkangas on teatud tüüpi kortsutamata kangas, mida tavaliselt nimetatakse NCF-ks ja mis on valmistatud pidevate klaaskiudheidete paigutamisel kahes peamises suunas. Kiukihte hoiab koos kerge polüesterõmblus, selle asemel, et neid põimida nagu tavalist kootud klaaskiudriiet.

Kaks kõige levinumat konstruktsiooni on:

·  0°/90° kaheteljeline klaaskiudkangas

·  +45°/-45° kaheteljeline klaaskiudkangas

Kuna peamised tugevduskiud jäävad suhteliselt sirged, tagab kaheteljeline klaaskiudkangas tavaliselt parema mehaanilise efektiivsuse kui sarnase kaaluga kangas. Kiududel on vähem kurrutust, mis võimaldab koormusi otse kiu suundades üle kanda.

Kaheteljelise klaaskiudkanga peamised omadused on järgmised:

·  Suur suunatugevus

·  Madala kiududega krimpsu

·  Hea vaigu immutamine

·  Tõhus laminaadi paksuse suurendamine

·  Ühilduvus polüestri, vinüülestri ja epoksüvaikudega

·  Sobivus käsitsi paigaldamiseks, vaakumkottidesse pakkimiseks ja vaigu infusiooniks

·  Saadaval tükeldatud kiust matiga või ilma

Mõiste 'biaksiaalne' kirjeldab kangast, millel on kaks tugevdussuunda. Kuid nende kiudude orientatsioon määrab valmis laminaadi toimimise.

Mis on 0°/90° kaheteljeline klaaskiudkangas?

A 0°/90° kaheteljeline klaaskiudkangas sisaldab pidevaid klaaskiust heite, mis on paigutatud kahes ristisuunas.

0° kiud kulgevad tavaliselt piki rulli pikkust, samas kui 90° kiud jooksevad üle rulli laiuse. Olenevalt toote spetsifikatsioonist ja tootja märgetest võib neid kirjeldada ka piki- ja põikkiududena.

See konstruktsioon on mõeldud peamiselt laminaadi tugevdamiseks selle peamises piki- ja ristisuunas.

0°/90° klaaskiudkanga peamised omadused

0°/90° klaaskiudkangas pakub üldiselt:

·  Suur tõmbetugevus piki- ja põikisuunas

·  Hea paindejõudlus, kui see on joondatud peamiste konstruktsioonikoormustega

·  Parem mõõtmete stabiilsus kahes risti asetsevas suunas

·  Lamedate ja õrnalt kumerate paneelide tõhus tugevdamine

·  Prognoositavad mehaanilised omadused piki komponendi peatelge

·  Kiire laminaadi kogunemine keskmise või raske kanga kasutamisel

Kuna kiud asetsevad piki peamisi geomeetrilisi suundi, kasutatakse tavaliselt 0°/90° kaheteljelist klaaskiudkangast, kui koormust kantakse piki paneeli pikkust ja laiust.

Tüüpilised rakendused

0°/90° kaheteljelise klaaskiudkanga levinumad rakendused on järgmised:

·  Paadi kere küljed ja põhjapaneelid

·  Meretekid ja vaheseinad

·  Komposiit-sandwich-paneelid

·  Tuuleturbiini labade kestad

·  Veoautode ja tarbesõidukite paneelid

·  Ehituspaneelid ja -profiilid

·  Veepaagid ja säilitusanumad

·  Lamedad lehed ja pultrudeeritud komponendid

·  Tööstuslikud kaaned ja korpused

·  Vormitud klaaskiudkonstruktsioonid

Näiteks pika komposiitpaneeli puhul võivad 0° kiud tugevdada esmase koormuse suunda, samas kui 90° kiud aitavad stabiliseerida paneeli kogu laiuses ja jaotada põikkoormust.

Mis on ±45° kaheteljeline klaaskiudkangas?

±45° kaheteljeline klaaskiudkangas koosneb kahest klaaskiust kihist, mis on orienteeritud rulli pikkuse või komponendi määratletud võrdlustelje suhtes +45° ja –45°.

Selle asemel, et tugevdada ainult otsest piki- ja põikisuunda, on diagonaalsed kiud eriti tõhusad tasapinnalise nihke- ja väändekoormuse kandmisel.

±45° klaaskiudkanga peamised omadused

±45° klaaskiudkangas pakub üldiselt:

·  Hea tasapinnaline nihketugevus

·  Parem vastupidavus väändumise ja väände suhtes

·  Tõhus koormuse ülekanne piki- ja põikisuuna vahel

·  Hea tugevdus nurkade ja kumerate pindade ümber

·  Parem vastavus mõne keeruka vormi geomeetriaga

·  Vähendatud risk jaguneda mööda ühte peamist suunda

·  Tasakaalustatud diagonaaltugevdus

Kui komposiitkonstruktsioon väändub või kogeb nihket, mõjub koormus laminaadile diagonaalselt. Seetõttu on +45° ja –45° juures paiknevad kiud hästi joondatud, et need deformatsioonid vastu pidada.

Tüüpilised rakendused

±45° kaheteljelise klaaskiudkanga levinumad rakendused on järgmised:

·  Kumerad paadikered

·  Kere ja teki ühendused

·  Stringeri ja raami tugevdamine

·  Torud, torud ja silindrilised osad

·  Tuuleturbiini labade lõikevõrk

·  Komposiitnurgad ja liitekohad

·  Auto- ja transpordikomponendid

·  Konstruktsiooniremondi laminaadid

·  Mahutid ja rõhuga seotud konstruktsioonid

·  Komponendid, mis puutuvad kokku väänduva või mitmesuunalise koormusega

Näiteks paadiehituses kasutatakse ±45° kaheteljelist klaaskiudkangast sageli laevakere kõverate, konstruktsiooniühenduste, nööride, nööride ja põrutus- või väändekoormusega piirkondade ümber.

0°/90° vs ±45° kaheteljeline klaaskiudkangas

Peamine erinevus seisneb selles, millises suunas tugevduskiud kannavad koormusi.

Kumbki kangas pole üldiselt parem. Igaüks neist toimib kõige paremini, kui selle kiu orientatsioon vastab eeldatavale koormusteele.

Tõmbe- ja painutuskoormused

Klaaskiudkomposiidid on kõige tugevamad, kui tugevduskiud on rakendatava koormusega joondatud.

Kui paneeli tõmmatakse peamiselt piki selle pikkust, kannavad 0°-suunalised kiud seda tõmbekoormust tõhusalt. Kui paneel vajab tugevust ka kogu laiuse ulatuses, annavad 90° kiud ristsuunalise tugevduse.

Sel põhjusel valitakse sageli 0°/90° kaheteljeline klaaskiudkangas:

·  Pikad lamedad paneelid

·  Struktuursed nahad

·  Tekid ja põrandad

·  Seinapaneelid

·  Terade kestad

·  Pikisuunas painutatud komponendid

Painutamine tekitab laminaadi ühel küljel pinget ja teiselt poolt kokkusurumist. Õigesti paigutatud 0° tugevdus võib oluliselt suurendada pika komposiitpaneeli paindejäikust ja tugevust.

Painutusvõime ei sõltu aga ainult kanga orientatsioonist. Suurt mõju avaldavad ka laminaadi paksus, kiusisaldus, vaigusüsteem, südamiku materjal ja kihtpaneelide vaheline kaugus.

Nihke- ja väändekoormused

Nihke tekib siis, kui jõud üritavad panna üht konstruktsiooniosa teise suhtes libisema. Torsioon tekib siis, kui konstruktsioon keeratakse ümber oma telje.

Kiud, mis on paigutatud ±45° nurga all, on nendes tingimustes eriti tõhusad, kuna diagonaalsuunad vastavad täpselt nihkega tekitatavale põhipingele ja survele.

Seetõttu valitakse tavaliselt ±45° kaheteljeline klaaskiudkangas:

·  Torud ja silindrilised struktuurid

·  Kumerad kereosad

·  Konstruktsioonide liigesed

·  Nurgad ja üleminekud

·  Tuuleturbiinide nihkevõrgud

·  Väänduvad osad

·  Tugevdus avade ümber

·  Laminaate remont

Laminaadil, mis sisaldab ainult 0°/90° kiude, võib olla hea otsene tõmbetugevus, kuid ebapiisav vastupidavus nihkele pragunemisele või väändumisele. ±45° kihtide lisamine loob tasakaalustatuma struktuuri.

Mugavus kõveratel pindadel

Kanga sobivus sõltub mitmest tegurist, sealhulgas:

·  Kiudude orientatsioon

·  Kanga kaal

·  Õmblusmuster

·  Kihiline ehitus

·  Tükeldatud kiust mati olemasolu

·  Hallituse kõverus

·  Drapimise suund

±45° kaheteljeline klaaskiudkangas kohandub sageli kergemini kõverate või liitpindadega, kuna diagonaalne kiudude paigutus võimaldab kujumuutusi paremini kohandada kui jäik piki- ja põikisuunaline paigutus.

See muudab ±45° klaaskiudkanga kasulikuks paadi kere kontuuride, ümarate nurkade, torude ja keerukate vormitud komponentide jaoks.

Raske kaheteljeline kangas võib siiski ületada kitsa raadiuse või keeruliste vormide korral kortsuda. Sügavate kõverate või väikeste nurkadega töötades võivad tootjad ühe raske kihi asemel kasutada kergemat kangast, kitsamaid lõiketükke või mitut kihti.

Enne täismahus tootmise alustamist on soovitatav läbi viia praktiline materjaliproov.

Kas 0°/90° ja ±45° kangaid tuleks koos kasutada?

Paljude struktuursete komposiitrakenduste puhul on parim lahendus mõlema konstruktsiooni kombineerimine.

Tasakaalustatud laminaat võib sisaldada:

·  0° kiud pikisuunalise tugevuse tagamiseks

·  90° kiud põiksuunaliseks tugevuseks

·  +45°/−45° kiud nihke- ja väändetugevuse tagamiseks

Näiteks võib laminaat kasutada järgmist kombinatsiooni:

1. 0°/90°

2. +45°/−45°

3. Põhimaterjal

4. +45°/−45°

5. 0°/90°

Täpne järjestus sõltub osa konstruktsioonist, laadimistingimustest ja tootmisprotsessist. Laminaadi neutraalteljest kaugemal paiknevatel kihtidel on üldiselt suurem mõju paindejäikusele, samas kui sisemised kihid võivad aidata kaasa nihkeülekandele ja struktuurilisele tasakaalule.

Kolme- ja neljateljelised klaaskiudkangad võivad ühendada ka mitu suunda ühes õmmeldud tugevduses:

·  Triaksiaalne kangas: 0°/+45°/−45°

·  Triaksiaalne kangas: +45°/90°/−45°

·  Neljateljeline kangas: 0°/+45°/90°/−45°

Need mitmeteljelised klaaskiudkangad võivad vähendada eraldi kihtide arvu ja parandada tootmise efektiivsust. Eraldi kaheteljelised kihid pakuvad aga suuremat paindlikkust, kui insenerid vajavad täpset kontrolli kiudude orientatsiooni ja kihtide paigutuse üle.

Kaheteljeline klaaskiudkangas matiga või ilma

Nii 0°/90° kui ka ±45° kaheteljelisi kangaid saab varustada täiendava tükeldatud kiust matikihiga. Tooteid võib kirjeldada selliste nimetustega nagu kaheteljeline klaaskiudkangas matiga, kombineeritud matt või õmmeldud klaaskiudkangas koos CSM-iga.

Mati kiht võib pakkuda:

·  Parem nakkuvus laminaadikihtide vahel

·  Täiustatud vaigurikka pinnamoodustamine

·  Suurenenud paksus kihi kohta

·  Parem ühilduvus mõne käsitsi ülespanemise protsessiga

·  Täiustatud läbitrüki kontroll teatud rakendustes

Tükeldatud kiudmatt suurendab aga vaigukulu ja laminaadi kaalu. See ei pruugi olla vajalik igas epoksiidi või vaigu infusioonilaminaadis.

Ilma matita kangas valitakse sageli siis, kui tootja soovib:

·  Suurem kiu ja vaigu suhe

·  Väiksem vaigukulu

·  Parem kaalutõhusus

·  Kontrollitud laminaadi paksus

·  Puhastusvahendi kasutamine vaakum-infusioonil

·  Ühilduvus rakendustega, kus matikiht pole vajalik

Õige konstruktsioon tuleks valida vastavalt vaigusüsteemile, sihtklaasisisaldusele, pinnanõuetele ja tootmismeetodile.

Kuidas valida õiget kaheteljelist klaaskiudkangast

1. Tuvastage esmane laadimise suund

Tehke kindlaks, kas osa on peamiselt allutatud:

·  Pikisuunaline pinge või kokkusurumine

·  Põiklaadimine

·  Painutamine

·  Tasapinnaline lõikamine

·  Torsioon

·  Mõju

·  Mitmesuunaline laadimine

Valige 0°/90° klaaskiudkangas, kui põhikoormus mõjub komponendi pikkuses ja laiuses. Valige ±45° klaaskiudkangas, kui nihke, keerdumine või diagonaalne koormuse ülekandmine on olulisem.

Keeruliste konstruktsiooniosade puhul on tavaliselt vaja kombinatsiooni.

2. Hinnake vormi kuju

Lamedad ja õrnalt kumerad paneelid võivad sageli tõhusalt kasutada raskemat 0°/90° kaheteljelist klaaskiudkangast.

Liitkõverate, kitsaste raadiuste ja keeruliste üleminekute korral võib ±45° kangas või heledamad tugevdused pakkuda paremat drapeeritust. Arvestada tuleks ka kanga kaalu ja õmblustega, sest orientatsioon üksi ei määra sobivust.

3. Valige sobiv kanga kaal

Biaksiaalne klaaskiudkangas on saadaval laias valikus pindalakaalus. Tavalised kaalud võivad sisaldada ligikaudu järgmist:

·  300 g/m²

·  400 g/m²

·  450 g/m²

·  600 g/m²

·  800 g/m²

·  1000 g/m²

·  1200 g/m² või kõrgem

Õige kaal sõltub vajalikust laminaadi paksusest, kihtide arvust, pinna geomeetriast ja tootmisprotsessist.

Raske klaaskiudkangas suurendab kiiresti paksust ja võib vähendada tööjõudu, kuid seda võib olla raskem niisutada ja tihedate kõverate ümber kohaneda. Kergem kangas tagab täpsema laminaadi kontrolli, kuid nõuab rohkem kihte.

4. Kaaluge tootmisprotsessi

Jlon kaheteljelisi klaaskiudkangaid saab valida selliste protsesside jaoks nagu:

·  Käte ülespanek

·  Pihustamine koos õmmeldud tugevdusega

·  Vaakumkottidesse pakkimine

·  Vaakum-infusioon

·  Vaigu ülekandevormimine

·  Survevormimine

·  Pultrusioon

·  Sobivate konstruktsioonide jaoks hõõgniidi mähis

Vaigu infusioonil tuleb arvesse võtta läbilaskvust ja vaigu voolavust. Väga tihe tugevdusvirn võib aeglustada vaigu liikumist ja suurendada kuivade alade ohtu.

Käsitsi paigaldamisel peaks kangas olema kergesti niisutatav, ilma liigse vaigu kogunemiseta. Samuti peab operaator tagama õhu eemaldamise kihtide vahel.

5. Sobitage kangas vaigusüsteemiga

Kaheteljelise klaaskiudkanga suurus peaks sobima ettenähtud vaiguga. Levinud vaigusüsteemid hõlmavad järgmist:

·  Küllastumata polüestervaik

·  Vinüülestervaik

·  Epoksüvaik

·  Muud termoreaktiivsed komposiitvaigud

Vaigusüsteem mõjutab märgumiskäitumist, kihtidevahelist sidumist, keemilist vastupidavust, töötlemistemperatuuri ja lõplikku mehaanilist jõudlust.

Enne tootmist kontrollige vaigu ühilduvust klaaskiust kanga tarnijaga.

6. Vaadake üle kogu laminaadi kujundus

Klaaskiust tugevduse valimisel ei tohiks lähtuda ühest kangakihist.

Täielik disain võib sisaldada:

·  Gelcoat või pinnakiht

·  Klaaskiust nahakihid

·  Kohalik tugevdus

·  Põhimaterjal

·  Liim- või sidumispasta

·  Vaigu süsteem

·  Vahetükid ja kinnituskohad

Vahtplastist PVC-südamikku, PET-vahtsüdamikku, PMI-vahtu või kärgstruktuuri kasutavate sandwich-struktuuride puhul kannavad klaaskiudkatted tõmbe- ja survekoormust, samal ajal kui südamik eraldab kestad ja edastab nihkejõu.

Klaaskiudkanga suund peab seega täiendama nii väliskoormust kui ka põhimaterjali omadusi.

Levinud valikuvead

Valimine ainult kanga kaalu järgi

Kaks sama kogukaaluga kangast võivad toimida väga erinevalt, kui nende kiudude orientatsioon on erinev. Arvestage alati, kuidas kiud jagunevad kahe suuna vahel.

Eeldusel, et ±45° kangast kasutatakse ainult paindlikkuse tagamiseks

±45° kaheteljeline klaaskiudkangas ei ole lihtsalt paindlikum tugevdus. Selle peamine struktuurne eesmärk on vastu pidada nihke- ja väändekoormustele.

Ainult 0°/90° kanga kasutamine keerduvas struktuuris

Konstruktsioonil võib olla hea pikisuunaline tugevus, kuid see võib siiski puruneda nihkepragude, liigendkahjustuste või väändedeformatsiooni tõttu. Vajalik võib olla ±45° tugevdus.

Fiber Distribution ignoreerimine

Mõned kaheteljelised kangad jagavad kogu kiu massi võrdselt kahe suuna vahel, samas kui teised kasutavad tasakaalustamata konstruktsiooni. Näiteks võib 0° suunas asetada rohkem kiudu, kui on vaja suuremat pikisuunalist tugevust.

Kontrollige kanga täielikku spetsifikatsiooni selle asemel, et tugineda ainult koguarvule g/m².

Protsessi nõuete eiramine

Mehhaaniliselt sobiv kangas võib siiski tekitada tootmisprobleeme, kui see ei märjaks, ei märgu ega imbu korralikult. Materjali valikul tuleb arvestada nii konstruktsiooni toimivust kui ka tootmistingimusi.

Miks valida Jlon biaksiaalne klaaskiudkangas?

Jlon tarnib klaaskiust tugevdusmaterjale komposiitide tootjatele mere-, tuuleenergia-, transpordi-, ehitus- ja üldistel tööstusturgudel.

Meie klaaskiust kangavalikusse kuuluvad:

·  0°/90° kaheteljeline klaaskiudkangas

·  +45°/−45° kaheteljeline klaaskiudkangas

·  Kaheteljeline klaaskiudkangas tükeldatud kiudmatiga

·  Triaksiaalne klaaskiudkangas

·  Neljateljeline klaaskiudkangas

·  Kootud heie

·  Klaaskiust riie

·  Tükeldatud kiust matt

·  Kohandatud õmmeldud klaaskiust tugevdus

Jlon võib pakkuda erinevat kanga kaalu, laiust, rulli pikkust, kiudude jaotust ja õmbluskonstruktsioone vastavalt kliendi nõudmistele.

Soovituse taotlemisel peaksid kliendid esitama:

·  Rakendus

·  Osade mõõdud

·  Koorma suund

·  Kanga nõutav kaal

·  Rulli laius

·  Vaigu tüüp

·  Tootmisprotsess

·  Kangas matiga või ilma

·  Laminaadi sihtpaksus

·  Aastane või projekti kogus

Selle teabe abil saab Jlon aidata tuvastada testimiseks ja kvalifitseerimiseks sobiva kaheteljelise klaaskiust kangakonstruktsiooni.

Korduma kippuvad küsimused

Kas 0°/90° kaheteljeline kangas on tugevam kui ±45° kangas?

Mitte tingimata. Tugevus sõltub rakendatava koormuse suunast. 0°/90° kangas on tavaliselt tugevam piki kiudude piki- ja põikisuunas, samas kui ±45° kangas on efektiivsem tasapinnalise nihke- ja väändekoormuse korral.

Milline kaheteljeline klaaskiudkangas on paadiehituseks parem?

Mõlemat kasutatakse laialdaselt merekomposiitides. 0°/90° kangas sobib laevakerede, tekkide ja paneelide piki- ja põikisuunaliseks tugevdamiseks. ±45° kangast kasutatakse tavaliselt laevakere kõverate, nööride, liigendite, otste ja nihkele või väänlemisele avatud piirkondade jaoks. Struktuursed merelaminaadid ühendavad sageli mõlemad.

Kas kaheteljeline klaaskiudkangas sobib vaakum-infusiooniks?

Jah. Vaakum-infusioonil kasutatakse laialdaselt kahe- ja mitmeteljelisi klaaskiudkangaid. Täieliku immutamise saavutamiseks tuleb arvesse võtta kanga kaalu, virna paksust, läbilaskvust ja vaigu voolamise strateegiat.

Mis vahe on kaheteljelisel kangal ja kootud heirel?

Kootud heie valmistatakse lõime- ja koeeelde põimimisel, tekitades ristumiskohtades kiudude kurrutuse. Kaheteljeline klaaskiudkangas kasutab eraldi sirgeid kiukihte, mida hoitakse kokku õmblemisega. Selle madalam pressimine võib parandada suunatud mehaanilist efektiivsust.

Kas kaheteljelise klaaskiudkangaga saab varustada tükeldatud kiudmatti?

Jah. Jlon võib tarnida kaheteljelist klaaskiudkangast tükeldatud kiudmatikihiga või ilma. Parim valik sõltub vaigust, tootmisprotsessist, liimimisnõuetest ja laminaadi sihtomadustest.

Kas Jlon saab kohandada kiu kaalu igas suunas?

Jah. Lisaks tasakaalustatud kaheteljelistele kangastele võivad kohandatud konstruktsioonid eraldada erinevatesse suundadesse erineva kiu massi. See on kasulik, kui komponent vajab rohkem tugevdamist piki ühte põhitelge.

Järeldus

Valik 0°/90° ja ±45° kaheteljelise klaaskiudkanga vahel peaks põhinema koormuse suunal, mitte ainult kanga kaalul.

Kasutage 0°/90° kaheteljeline klaaskiudkangas, kui konstruktsioon vajab tõhusat piki- ja põikisuunalist tõmbe- või paindetugevdust. Kasutage ±45° kaheteljelist klaaskiudkangast, kui nihkekindlus, väändejõud ja diagonaalne koormuse ülekandmine on olulisemad.

Paljude struktuursete komposiitdetailide jaoks kombineerib kõige tõhusam laminaat 0°, 90° ja ±45° tugevdust. See loob tasakaalustatuma struktuuri, mis suudab kanda koormusi mitmes suunas.

Jlon tarnib kaheteljelist klaaskiudkangast ja mitmeteljelist klaaskiust tugevdust kohandatud kaalu, laiuse ja konstruktsiooniga. Võtke Jloniga ühendust oma rakenduse, vaigusüsteemi, tootmisprotsessi ja nõutavate spetsifikatsioonidega, et arutada teie komposiitprojekti jaoks sobivaimat klaaskiudkangast.