Биаксиальная ткань из стекловолокна 0°/90° и ±45°: различия и как выбрать

Выбор правильной ориентации армирования имеет важное значение при проектировании композитного ламината из стекловолокна. Хотя в двухосных стекловолоконных тканях с углами 0°/90° и ±45° могут использоваться одни и те же волокна E-стекла и иметь одинаковый общий вес, они усиливают композитную структуру в разных направлениях и по-разному реагируют на растягивающие, изгибающие, сдвигающие и скручивающие нагрузки.

Таким образом, выбор заключается не просто в том, какая двухосная ткань прочнее. Это зависит от направления нагрузки, формы детали, производственного процесса и общей конструкции ламината.

Как профессиональный поставщик стекловолоконных тканей, компания Jlon предлагает двухосные стекловолоконные ткани 0°/90°, двухосные стекловолоконные ткани ±45° и многоосные стекловолоконные ткани различного веса, ширины и конструкции. В этом руководстве объясняются их основные различия и помогает производителям композитов выбрать правильную арматуру из стекловолокна для морского транспорта, ветроэнергетики, транспорта, строительства и промышленности.

Что такое двухосная ткань из стекловолокна?

Биаксиальная стекловолоконная ткань представляет собой тип неизвитой ткани, обычно называемый NCF, изготовленный путем размещения непрерывных ровингов из стекловолокна в двух основных направлениях. Слои волокон скреплены между собой легкой полиэфирной строчкой, а не переплетены, как в обычной ткани из стекловолокна.

Две наиболее распространенные конструкции:

·  Двухосная ткань из стекловолокна 0°/90°

·  Двухосная ткань из стекловолокна +45°/-45°

Поскольку основные армирующие волокна остаются относительно прямыми, двухосная ткань из стекловолокна обычно обеспечивает лучшую механическую эффективность, чем тканая ткань аналогичного веса. Волокна имеют меньшую извитость, что позволяет передавать нагрузки более непосредственно вдоль направлений волокон.

Ключевые характеристики двухосной стеклоткани включают в себя:

·  Высокая направленная сила

·  Низкая обжатость волокна

·  Хорошая пропитка смолой

·  Эффективное наращивание толщины ламината

·  Совместимость с полиэфирными, винилэфирными и эпоксидными смолами.

·  Пригодность для ручной укладки, вакуумной упаковки и инфузии смолы.

·  Доступность с матом из рубленой пряжи или без него.

Термин «двухосный» описывает ткань с двумя направлениями армирования. Однако ориентация этих волокон определяет характеристики готового ламината.

Что такое двухосная стекловолоконная ткань 0 °/90 °?

Двухосная стекловолоконная ткань 0°/90° содержит непрерывные стеклоровинги, расположенные в двух перпендикулярных направлениях.

Волокна 0° обычно проходят по длине рулона, а волокна 90° проходят по ширине рулона. В зависимости от спецификации продукта и обозначений производителя их также можно назвать продольными и поперечными волокнами.

Эта конструкция предназначена в первую очередь для армирования ламината в основных продольных и поперечных направлениях.

Основные свойства ткани из стекловолокна 0°/90°

Стекловолоконная ткань 0°/90° обычно обеспечивает:

·  Высокая прочность на разрыв в продольном и поперечном направлениях

·  Хорошие характеристики изгиба при согласовании с основными нагрузками на конструкцию.

·  Улучшенная стабильность размеров в двух перпендикулярных направлениях

·  Эффективное армирование плоских и слегка изогнутых панелей.

·  Предсказуемые механические свойства вдоль главных осей детали.

·  Быстрое наращивание ламината при использовании тканей средней и тяжелой плотности.

Поскольку волокна расположены вдоль основных геометрических направлений, двухосная ткань из стекловолокна с углом наклона 0°/90° обычно используется там, где нагрузки переносятся по длине и ширине панели.

Типичные применения

Общие области применения двухосной стекловолоконной ткани 0°/90° включают:

·  Борта и днища корпуса лодки

·  Морские палубы и переборки

·  Композитные сэндвич-панели

·  Корпуса лопастей ветряных турбин

·  Панели грузовых и коммерческих автомобилей

·  Строительные панели и профили

·  Резервуары для воды и емкости для хранения

·  Плоские листы и пултрудированные компоненты

·  Промышленные крышки и корпуса

·  Формованные конструкции из стеклопластика

Например, в длинной композитной панели волокна под углом 0° могут усилить основное направление нагрузки, а волокна под углом 90° помогают стабилизировать панель по ширине и распределять поперечные нагрузки.

Что такое двухосная стекловолоконная ткань ±45°?

Двухосная стекловолоконная ткань ±45° состоит из двух слоев стекловолокна, ориентированных под углом +45° и -45° относительно длины рулона или определенной базовой оси компонента.

Вместо усиления только в прямых продольных и поперечных направлениях диагональные волокна особенно эффективны при выдерживании сдвиговых и скручивающих нагрузок в плоскости.

Основные свойства ткани из стекловолокна ±45°

Стекловолоконная ткань ±45° обычно обеспечивает:

·  Хорошая прочность на сдвиг в плоскости

·  Повышенная устойчивость к скручиванию и кручению

·  Эффективная передача нагрузки между продольным и поперечным направлениями

·  Хорошее усиление вокруг углов и изогнутых поверхностей

·  Лучшее соответствие некоторым формам сложной геометрии.

·  Снижение риска раскола по одному основному направлению

·  Сбалансированное диагональное армирование

Когда композитная конструкция скручивается или испытывает сдвиг, нагрузка действует по диагонали на ламинат. Таким образом, волокна, расположенные под углами +45° и -45°, хорошо выровнены и противостоят этой деформации.

Типичные применения

Общие области применения двухосной стекловолоконной ткани ± 45 ° включают:

·  Изогнутые корпуса лодок

·  Соединения корпуса с палубой

·  Стрингеры и усиление рамы

·  Трубы, трубки и цилиндрические детали

·  Срезные стенки лопастей ветряных турбин

·  Композитные углы и стыки

·  Автомобильные и транспортные компоненты

·  Структурный ремонтный ламинат

·  Резервуары и конструкции, работающие под давлением

·  Компоненты, подвергающиеся скручивающим или разнонаправленным нагрузкам

Например, в судостроении двухосная стекловолоконная ткань ±45° часто используется вокруг изгибов корпуса, структурных соединений, скул, стрингеров и участков, подвергающихся ударным или скручивающим нагрузкам.

0°/90° против ±45° Биаксиальная ткань из стекловолокна

Основное отличие – это направление, в котором армирующие волокна несут нагрузки.

Ни одна ткань не является универсально лучшей. Каждый из них работает лучше всего, когда ориентация его волокон соответствует ожидаемому пути нагрузки.

Растягивающие и изгибающие нагрузки

Композиты из стекловолокна являются наиболее прочными, когда армирующие волокна выдерживают приложенную нагрузку.

Если панель растягивают преимущественно по длине, волокна в направлении 0° эффективно несут эту растягивающую нагрузку. Если панели также требуется прочность по всей ее ширине, волокна под углом 90° обеспечивают поперечное армирование.

По этой причине двухосную стекловолоконную ткань 0°/90° часто выбирают для:

·  Длинные плоские панели

·  Структурные оболочки

·  Палубы и полы

·  Стеновые панели

·  Лезвийные снаряды

·  Детали, подвергающиеся продольному изгибу

Изгиб создает напряжение на одной стороне ламината и сжатие на другой. Правильно расположенное армирование под углом 0° может значительно повысить жесткость на изгиб и прочность длинной композитной панели.

Однако эффективность гибки зависит не только от ориентации ткани. Толщина ламината, содержание волокон, система смол, материал сердцевины и расстояние между слоями сэндвич-панели также имеют большое влияние.

Сдвиговые и скручивающие нагрузки

Сдвиг возникает, когда силы пытаются заставить одну часть конструкции скользить относительно другой. Кручение возникает, когда конструкция закручивается вокруг своей оси.

Волокна, расположенные под углом ±45°, особенно эффективны в этих условиях, поскольку диагональные направления точно соответствуют основному растяжению и сжатию, создаваемому сдвигом.

Поэтому двухосная стекловолоконная ткань ±45° обычно выбирается для:

·  Трубы и цилиндрические конструкции

·  Изогнутые секции корпуса

·  Структурные соединения

·  Углы и переходы

·  Сдвиговые стенки ветряных турбин

·  Детали, подверженные скручиванию

·  Армирование вокруг проемов

·  Ремонт ламината

Ламинат, содержащий только волокна 0°/90°, может иметь хорошую прочность на прямое растяжение, но недостаточную устойчивость к растрескиванию при сдвиге или скручиванию. Добавление слоев ±45° создает более сбалансированную структуру.

Соответствие изогнутых поверхностей

Прилегаемость ткани зависит от нескольких факторов, в том числе:

·  Ориентация волокон

·  Вес ткани

·  Схема стежка

·  Построение слоев

·  Наличие мата из рубленой пряжи

·  Кривизна формы

·  Направление драпировки

Двухосная ткань из стекловолокна с ±45° часто легче приспосабливается к изогнутым или составным поверхностям, поскольку диагональное расположение волокон может более эффективно приспосабливаться к изменениям формы, чем жесткая продольная и поперечная компоновка.

Это делает стекловолоконную ткань ±45° полезной для контуров корпуса лодки, закругленных углов, труб и сложных формованных компонентов.

Тем не менее, тяжелая двухосная ткань все равно может перекрывать узкие радиусы или мяться на сложных формах. При работе с глубокими изгибами или небольшими углами производителям может потребоваться использовать более легкую ткань, более узкие детали или несколько слоев вместо одного тяжелого слоя.

Перед началом полномасштабного производства рекомендуется провести практическое испытание материала.

Следует ли использовать вместе ткани с углами 0°/90° и ±45°?

Во многих случаях применения композитных материалов лучшим решением является объединение обеих конструкций.

Сбалансированный ламинат может включать в себя:

·  Волокна 0° для продольной прочности

·  Волокна под углом 90° для поперечной прочности

·  Волокна +45°/−45° для прочности на сдвиг и кручение

Например, в ламинате может использоваться такая комбинация, как:

1. 0°/90°

2. +45°/−45°

3. Основной материал

4. +45°/−45°

5. 0°/90°

Точная последовательность зависит от конструкции детали, условий нагрузки и производственного процесса. Слои, расположенные дальше от нейтральной оси ламината, обычно оказывают большее влияние на жесткость при изгибе, тогда как внутренние слои могут способствовать передаче сдвига и структурному балансу.

Трехосные и четырехосные стеклоткани также могут совмещать в одном сшитом армировании несколько направлений:

·  Трехосная ткань: 0°/+45°/−45°

·  Трехосная ткань: +45°/90°/−45°

·  Четырехосная ткань: 0°/+45°/90°/−45°

Эти многоосные ткани из стекловолокна позволяют уменьшить количество отдельных слоев и повысить эффективность производства. Однако отдельные двухосные слои обеспечивают большую гибкость, когда инженерам требуется точный контроль над ориентацией волокон и размещением слоев.

Биаксиальная ткань из стекловолокна с матом или без него

Биаксиальные ткани с углом наклона 0°/90° и ±45° могут поставляться с дополнительным слоем мата из рубленых прядей. Изделия могут описываться с использованием таких обозначений, как двухосная стеклоткань с матом, комбинированный мат или прошитая стеклоткань с CSM.

Слой мата может обеспечивать:

·  Лучшее сцепление между слоями ламината

·  Улучшенное формирование поверхности, богатой смолой.

·  Увеличенная толщина слоя

·  Лучшая совместимость с некоторыми процессами ручной укладки

·  Улучшен контроль печати в некоторых приложениях.

Однако мат из рубленого волокна увеличивает расход смолы и вес ламината. Это может быть не обязательно для каждого ламината с эпоксидной смолой или инфузией смолы.

Ткань без мата часто выбирают, когда производитель желает:

·  Более высокое соотношение волокна и смолы

·  Меньший расход смолы

·  Лучшая эффективность веса

·  Контролируемая толщина ламината

·  Более чистое использование при вакуумной инфузии

·  Совместимость с приложениями, где матовый слой не нужен

Правильная конструкция должна быть выбрана в соответствии с системой смол, содержанием целевого стекла, требованиями к поверхности и методом производства.

Как правильно выбрать двухосную ткань из стекловолокна

1. Определите основное направление нагрузки.

Определите, подвергается ли деталь преимущественно:

·  Продольное растяжение или сжатие

·  Поперечная загрузка

·  Гибка

·  Плоский сдвиг

·  Торсион

·  Влияние

·  Разнонаправленная загрузка

Выбирайте ткань из стекловолокна 0°/90°, когда основные нагрузки действуют по длине и ширине компонента. Выбирайте стекловолоконную ткань ±45°, когда более важна передача нагрузки на сдвиг, скручивание или диагональную нагрузку.

Для сложных конструктивных деталей обычно требуется комбинация.

2. Оцените форму формы.

Для плоских и слегка изогнутых панелей часто можно эффективно использовать более тяжелую двухосную стекловолоконную ткань с углом наклона 0°/90°.

Для сложных кривых, узких радиусов и сложных переходов ткань ±45° или более легкое армирование может обеспечить лучшую драпируемость. Также следует учитывать вес ткани и качество швов, поскольку сама по себе ориентация не определяет прилегание.

3. Выберите подходящую плотность ткани.

Двухосная ткань из стекловолокна доступна в широком диапазоне плотности. Общие веса могут включать примерно:

·  300 г/м⊃2;

·  400 г/м⊃2;

·  450 г/м⊃2;

·  600 г/м⊃2;

·  800 г/м⊃2;

·  1000 г/м⊃2;

·  1200 г/м⊃2; или выше

Правильный вес зависит от необходимой толщины ламината, количества слоев, геометрии поверхности и производственного процесса.

Тяжелая ткань из стекловолокна быстро набирает толщину и может сократить трудозатраты, но ее может быть сложнее намокнуть и приспособить к крутым поворотам. Более легкая ткань обеспечивает более точный контроль ламината, но требует большего количества слоев.

4. Рассмотрите производственный процесс

Двухосные стекловолоконные ткани Jlon можно выбрать для таких процессов, как:

·  Ручная укладка

·  Напыление в сочетании с прошивным армированием

·  Вакуумная упаковка

·  Вакуумная инфузия

·  Трансферное формование смолы

·  Прессование

·  Пултрузия

·  Накальная обмотка для подходящих конструкций

При инфузии смолы необходимо учитывать проницаемость и текучесть смолы. Очень плотный набор арматуры может замедлить движение смолы и увеличить риск образования засушливых участков.

При ручной укладке ткань должна легко промокать и не накапливать чрезмерное количество смолы. Оператор также должен обеспечить удаление воздуха между слоями.

5. Подберите ткань к системе смолы.

Биаксиальная ткань из стекловолокна должна иметь размер, совместимый с предполагаемой смолой. Общие системы смол включают:

·  Ненасыщенная полиэфирная смола

·  Винилэфирная смола

·  Эпоксидная смола

·  Другие термореактивные композитные смолы

Система смол влияет на поведение при смачивании, межламинарное соединение, химическую стойкость, температуру обработки и конечные механические характеристики.

Перед производством подтвердите совместимость смолы с поставщиком ткани из стекловолокна.

6. Просмотрите полный дизайн ламината.

Выбор стекловолоконной арматуры не должен основываться на одном слое ткани.

Полная конструкция может включать в себя:

·  Гелькоут или поверхностный слой

·  Слои обшивки из стекловолокна

·  Местное усиление

·  Основной материал

·  Клей или связующая паста

·  Система смолы

·  Вставки и места крепления

В сэндвич-структурах, в которых используется наполнитель из пенопласта ПВХ, наполнитель из пенопласта ПЭТ, пенопласт PMI или соты, оболочки из стекловолокна несут растягивающие и сжимающие нагрузки, в то время как сердцевина разделяет оболочки и передает сдвиг.

Поэтому ориентация стекловолоконной ткани должна учитывать как внешние нагрузки, так и свойства материала сердцевины.

Распространенные ошибки выбора

Выбор только по весу ткани

Две ткани с одинаковым общим весом могут работать по-разному, если их волокна ориентированы по-разному. Всегда учитывайте, как волокна распределяются между двумя направлениями.

Предполагая, что ткань ±45° используется только для обеспечения гибкости.

Двухосная стекловолоконная ткань ±45° — это не просто более гибкое армирование. Его основная конструкционная цель — противостоять сдвиговым и скручивающим нагрузкам.

Использование ткани только 0°/90° в скручивающейся конструкции

Конструкция может иметь хорошую продольную прочность, но все равно разрушаться из-за растрескивания при сдвиге, повреждения суставов или деформации кручения. Может потребоваться усиление ±45°.

Игнорирование распределения волокон

Некоторые биаксиальные ткани делят общий вес волокон поровну между двумя направлениями, в то время как в других используется несбалансированная конструкция. Например, больше волокон можно разместить в направлении 0°, когда необходима большая продольная прочность.

Проверьте полную спецификацию ткани, а не полагайтесь только на общее количество г/м⊃2;.

Игнорирование требований процесса

Механически подходящая ткань может по-прежнему вызывать производственные проблемы, если она не смачивается, не драпируется и не настаивается должным образом. При выборе материала необходимо учитывать как структурные характеристики, так и условия производства.

Почему стоит выбрать двухосную стекловолоконную ткань Jlon?

Jlon поставляет армирующие материалы из стекловолокна для производителей композитов на рынках морской, ветроэнергетической, транспортной, строительной и общепромышленной отраслей.

В ассортимент тканей из стекловолокна входят:

·  Двухосная ткань из стекловолокна 0°/90°

·  Двухосная стекловолоконная ткань +45°/−45°

·  Биаксиальная ткань из стекловолокна с матом из рубленых прядей

·  Трехосная ткань из стекловолокна

·  Четырехосная ткань из стекловолокна

·  Тканый ровинг

·  Ткань из стекловолокна

·  Мат из рубленой пряжи

·  Армирование из стекловолокна по индивидуальному заказу.

Jlon может предоставить ткани различного веса, ширины, длины рулонов, распределения волокон и конструкций швов в соответствии с требованиями заказчика.

При запросе рекомендации клиенты должны предоставить:

·  Приложение

·  Размеры детали

·  Направление нагрузки

·  Требуемый вес ткани

·  Ширина рулона

·  Тип смолы

·  Производственный процесс

·  Ткань с ковриком или без него.

·  Целевая толщина ламината

·  Годовое или проектное количество

Обладая этой информацией, Jlon может помочь определить подходящую конструкцию двухосной стекловолоконной ткани для испытаний и квалификации.

Часто задаваемые вопросы

Является ли двухосная ткань 0°/90° прочнее, чем ткань ±45°?

Не обязательно. Прочность зависит от направления приложенной нагрузки. Ткань с углом наклона 0°/90° обычно прочнее в продольном и поперечном направлениях волокон, а ткань с углом ±45° более эффективна при сдвиговых и скручивающих нагрузках в плоскости.

Какая двухосная стекловолоконная ткань лучше для судостроения?

Оба широко используются в морских композитах. Ткань 0°/90° подходит для продольного и поперечного усиления корпусов, палуб и панелей. Ткань ±45° обычно используется для изгибов корпуса, стрингеров, стыков, скул и участков, подвергающихся сдвигу или скручиванию. Структурные морские ламинаты часто сочетают в себе и то, и другое.

Подходит ли двухосная ткань из стекловолокна для вакуумной инфузии?

Да. Биаксиальные и мультиаксиальные ткани из стекловолокна широко используются в вакуумной инфузии. Для достижения полной пропитки необходимо учитывать вес ткани, толщину стопки, проницаемость и стратегию потока смолы.

В чем разница между биаксиальной тканью и тканым ровингом?

Тканый ровинг получают путем переплетения нитей основы и утка, создавая извитость волокон в точках пересечения. В двухосной ткани из стекловолокна используются отдельные прямые слои волокон, скрепленные вместе с помощью сшивания. Его более низкий обжим может улучшить направленную механическую эффективность.

Можно ли поставлять двухосную ткань из стекловолокна с матом из рубленых прядей?

Да. Компания Jlon может поставлять двухосную ткань из стекловолокна со слоем мата из рубленых прядей или без него. Лучший вариант зависит от смолы, производственного процесса, требований к склеиванию и целевых свойств ламината.

Может ли Jlon настроить вес волокна в каждом направлении?

Да. В дополнение к сбалансированным двухосным тканям, специальные конструкции могут распределять волокна разной массы в разных направлениях. Это полезно, когда компонент требует большего усиления вдоль одной главной оси.

Заключение

Выбор между двухосной тканью из стекловолокна с углом наклона 0°/90° и ±45° должен основываться на направлении нагрузки, а не только на весе ткани.

Используйте двухосную стекловолоконную ткань 0°/90°, когда конструкция требует эффективного продольного и поперечного усиления на растяжение или изгиб. Используйте двухосную стекловолоконную ткань ±45°, когда более важны сопротивление сдвигу, характеристики скручивания и диагональная передача нагрузки.

Для многих структурных композитных деталей наиболее эффективным ламинатом является сочетание армирования под углами 0°, 90° и ±45°. Это создает более сбалансированную конструкцию, способную выдерживать нагрузки в нескольких направлениях.

Jlon поставляет двухосную стекловолоконную ткань и многоосную арматуру из стекловолокна индивидуального веса, ширины и конструкции. Свяжитесь с Jlon и сообщите о своем приложении, системе смол, производственном процессе и необходимых спецификациях, чтобы обсудить наиболее подходящую стекловолоконную ткань для вашего композитного проекта.