ألق نظرة فاحصة على جزء من ألياف الكربون أو أنبوب أو لوح من الألياف الزجاجية وسترى أن الألياف تسير في اتجاهات مختلفة ومحددة. بمقارنة أنماط مختلفة من الأنابيب، قد تلاحظ أن اتجاه الألياف، المعروف أيضًا باسم الاتجاه، ليس دائمًا موحدًا. يستخدم مصنعو الأنابيب والألواح المركبة اتجاهات مختلفة اعتمادًا على ما يريدون تحقيقه بالمنتج النهائي.
سنشرح في هذا المنشور كيف يؤثر اتجاه الألياف على خصائص ألياف الكربون وأنابيب الألياف الزجاجية. غالبًا ما تكون الخصائص المحددة مثالية لتطبيقات محددة. بحلول نهاية هذا المنشور، ستعرف كيف يؤثر اتجاه الألياف على الأنبوب وكيفية اختيار اتجاه الألياف المناسب لمشروعك.
أعلى ثلاثة اتجاهات للألياف
يمكن توجيه الألياف في أي اتجاه بين 0 درجة و180 درجة، على الرغم من أن اتجاه الألياف بعد 90 درجة يُشار إليه عادةً بقيمة زاوية سلبية. على سبيل المثال، زاوية الألياف 135 درجة تساوي زاوية -45 درجة. تستخدم معظم أنابيب ألياف الكربون والألياف الزجاجية المتوفرة في السوق اليوم مزيجًا من اثنين أو أكثر من هذه التوجهات:
0 درجة - صفر-درجة زاوية الألياف هي الاتجاه الأكثر استخدامًا. عندما يتم توجيه الألياف في اتجاه الحمل فهي الأقوى والأكثر صلابة. في الأنابيب، يكون اتجاه درجة الصفر- على طول الأنبوب ويساهم في قوة صلابة الانحناء.
يتم استخدام زاوية الألياف بمقدار 90 درجة - وتسعين-عند الحاجة إلى ثني كلا الاتجاهين. في الأنبوب، يتم توجيه الألياف ذات درجة التسعين- في محيط الأنبوب. إنها تساعد في منع الأنبوب من التكسير أو الالتواء عند تحميله.
غالبًا ما تُستخدم زوايا ±45 درجة - أربعون-خمسة- درجة جنبًا إلى جنب مع صفر وتسعين-درجة لإنشاء رمية شبه متناحية-. يتم دائمًا تقريبًا إقران طبقة موجبة-خمسة-درجة مجاورة لطبقة سالبة أربعين-خمسة-درجة. عند استخدامها على أنبوب، تساهم-خمس وأربعون-طبقة من الطبقات في التواء الصلابة والقوة.
غالبًا ما يُشار إلى الألياف المنسوجة على أنها تحتوي على زاوية ألياف تبلغ 0/90 درجة نظرًا لوجود ألياف في كلا الاتجاهين، ولكن في قطعة واحدة. يمكن أن تحتوي بعض المواد المنسوجة على المزيد من اتجاهات الألياف؛ على سبيل المثال، تحتوي النسج ثلاثية المحاور على ألياف في ثلاثة اتجاهات وعادة ما تكون شبه متناحية - في حد ذاتها.
تأثير اتجاه الألياف على الخصائص
تؤثر الطريقة التي يتم بها توجيه الألياف في طبقة من ألياف الكربون أو الألياف الزجاجية على خصائصها المستخدمة في تصنيع كل شيء بدءًا من الأنابيب وحتى السفن الفضائية-. يجب على البناة مراعاة تلك الخصائص أثناء عملية التصميم. سنشرح أدناه كيف تؤثر كل اتجاهات الألياف الشائعة على الخصائص.
1. 0 اتجاه درجة
إذا كان سيتم تحميل جزء ما في اتجاه واحد فقط، فمن المثالي أن يتم توجيه جميع الألياف في هذا الاتجاه. تعد القضبان والأنابيب المنتفخة أمثلة على الجزء الذي يحتوي على ألياف بدرجة 0 فقط. نظرًا لعدم تحميل معظم الأجزاء في اتجاه واحد فقط، نحتاج إلى إضافة زوايا أخرى لزيادة القوة إلى أقصى حد. من المحتمل أن يستفيد الأنبوب الذي لا يرى سوى الانحناء ولا التواء من بعض زوايا الألياف الإضافية. تساعد إضافة طبقات بزاوية 90 درجة الأنبوب على الحفاظ على شكله بشكل أفضل حتى لا ينثني قبل الأوان.
2. 90 اتجاه درجة
كما ذكرنا سابقًا، غالبًا ما يتم إضافة طبقات 90 درجة إلى الأنابيب لجعلها أكثر مقاومة للالتواء والسحق. يمكن أيضًا العثور على تركيزات عالية من طبقات 90 درجة أو "الطوق" في أوعية الضغط. وبما أن القوة تحاول تكبير الأنبوب في وعاء الضغط، فإن الطبقات ذات الزاوية 90 درجة تقاوم القوة بشكل أفضل. عند استخدام طبقات 90 درجة مع طبقات 0 درجة في اللوحة، يشار إليها على أنها ثنائية الاتجاه. يمكن أن يكون استخدام القماش المنسوج طريقة سهلة لبناء الأجزاء بسرعة باستخدام الألياف في اتجاهين 0 درجة و90 درجة.
3. ±45 درجة التوجه
تخدم طبقات 45 درجة أغراضًا مختلفة اعتمادًا على التطبيق. ستشاهد دائمًا درجة +45 مقترنة بجوار طبقة تبلغ -45 درجة. يهدف هذا إلى الحفاظ على "توازن" الصفيحة ومنعها من الالتواء بقوة عند تحميلها. عند استخدام طبقات 45 درجة في لوحة تحتوي بالفعل على مزيج متساوٍ من طبقات 0 درجة و90 درجة، تصبح اللوحة شبه -متناحية الخواص. في حين أن اللوحة ثنائية الاتجاه لها خصائص متساوية في الاتجاهين، فإن اللوحة شبه المتناحية - لها خصائص شبه متساوية في أي اتجاه. في الأنبوب، تؤدي الطبقات بزاوية 45 درجة وظيفة إضافة قوة الالتواء والصلابة. وذلك لأنه عندما يتم لف الأنبوب، فإن القوة المؤثرة على الصفائح تكون في الواقع عند درجة -خمسة وأربعين درجة. ستستخدم بعض الشرائح زوايا غير 45 درجة كحل وسط بين أداء الانحناء والسحق والالتواء. نظرًا لأن طبقات 0 درجة غير ممكنة على أنابيب الجرح الفتيلية، فمن الشائع رؤية طبقات 10 درجة أو 15 درجة تستخدم بدلاً من ذلك.
اختيار الاتجاه الصحيح للألياف
الآن بعد أن عرفت كيف يؤثر كل اتجاه من الألياف على الخصائص، يمكنك اختيار رمية الكرة الصحيحة. إذا كنت بحاجة إلى أنبوب يعمل في مجموعة واسعة من الظروف، فإن وضع الكرة ثنائي الاتجاه هو الحل المثالي. إذا كنت بحاجة إلى أنبوب يؤدي أداءً جيدًا في اللف، فاختر منتجًا يحتوي على طبقات أكثر من 45 درجة. إذا كنت بحاجة إلى زيادة السُمك بسرعة، فقد تكون المادة المنسوجة خيارًا جيدًا.
يقدم Xinbo Composite ألواحًا وأنابيب ذات طبقات لتلبية أي طلب تقريبًا. إذا كنت بحاجة إلى تصميم مخصص أو مصمم هندسيًا لمشروعك، فاتصل بنا أو راسلنا عبر البريد الإلكتروني. إذا كان لديك المزيد من الأسئلة حول كيفية تأثير توجيه الألياف على أداء جزء ما، فسيكون ممثلو خدمة العملاء لدينا سعداء بمساعدتك.
