Вуглепластикова тканина (карбонова тканина): розкрій та виготовлення заготовок

 

Вуглепластикова, або карбонова тканина — армувальний матеріал із вуглецевих волокон, який використовується для виготовлення легких і міцних композитних конструкцій. Після просочення епоксидною або іншою полімерною смолою карбонова тканина стає армувальною основою вуглепластику.

Компанія Frezer & Lazer виконує розкрій карбонової тканини за кресленнями та векторними макетами замовника. Можна виготовляти окремі армувальні шари, локальні підсилення, кільця, накладки, смуги, фігурні заготовки та повні комплекти для подальшого формування композитних деталей. Для нового типу матеріалу технологію та якість кромки попередньо перевіряємо на тестовому зразку.

Що таке карбонова тканина

Карбонова тканина виготовляється з ниток вуглецевого волокна, сформованих у певну структуру.

Основне її призначення — армування полімерних композитів.

Сама суха тканина є гнучким матеріалом. Після укладання, просочення смолою та затвердіння формується жорстка композитна конструкція — вуглепластик.

Саме тому важливо розрізняти:

• суху карбонову тканину;
• препрег;
• готовий вуглепластиковий лист;
• готову композитну деталь.

Ці матеріали мають різну структуру та потребують різних технологій обробки.

Карбонова тканина та вуглепластик

Карбонова тканина — це армувальний матеріал.

Вуглепластик — готовий композит, у якому вуглецеві волокна знаходяться всередині затверділої полімерної матриці.

Наприклад, із карбонової тканини можна сформувати панель, а після просочення та полімеризації отримати жорсткий вуглепластиковий лист.

Тому розкрій сухої тканини та механічна обробка готового карбону — це дві різні виробничі операції.

Вуглецеве волокно

Вуглецеві волокна характеризуються високою питомою міцністю та жорсткістю при невеликій масі.

Саме поєднання малої ваги та високих механічних характеристик зробило карбонові композити затребуваними у виробах, де важливо зменшити масу конструкції.

Вуглецеве волокно використовується в:

• машинобудуванні;
• транспорті;
• робототехніці;
• безпілотних системах;
• спортивному обладнанні;
• промислових механізмах;
• приладобудуванні;
• композитній оснастці;
• декоративних виробах.

Типи карбонових матеріалів

Під назвою «карбонова тканина» можуть матися на увазі різні армувальні матеріали.

Зустрічаються:

• ткані карбонові полотна;
• односпрямовані матеріали;
• біаксіальні матеріали;
• мультиаксіальні матеріали;
• карбонові стрічки;
• гібридні тканини;
• препреги;
• інші спеціалізовані армувальні матеріали.

Кожен із них має власні особливості розкрою та подальшого використання.

Тип переплетення

Ткані карбонові матеріали можуть мати різну структуру переплетення.

Найпоширеніші варіанти:

• полотняне;
• саржеве;
• сатинове;
• інші спеціалізовані переплетення.

Тип переплетення впливає на стабільність тканини, здатність повторювати складну форму, зовнішній вигляд та поведінку при формуванні композитної деталі.

Полотняне переплетення

Полотняна структура забезпечує часте переплетення ниток основи та утоку.

Такий матеріал зазвичай має досить стабільну структуру.

Його можна використовувати для:

• плоских панелей;
• технічних деталей;
• армувальних шарів;
• локальних підсилень;
• інших композитних конструкцій.

Точні механічні характеристики залежать від конкретної марки волокна та тканини.

Саржеве переплетення

Саржева карбонова тканина легко впізнається за характерним діагональним рисунком.

Вона широко використовується для складних поверхонь і декоративних зовнішніх шарів.

Така тканина може краще адаптуватися до криволінійної геометрії порівняно з деякими більш жорсткими структурами.

При розкрої важливо зберігати необхідний напрям рисунка та волокон.

Декоративний карбон

У деяких виробах карбонова тканина виконує не тільки конструкційну, а й декоративну функцію.

Характерний рисунок переплетення використовується в:

• автомобільних деталях;
• декоративних панелях;
• корпусах;
• накладках;
• елементах інтер’єру;
• аксесуарах.

Для таких деталей особливо важливо правильно орієнтувати рисунок тканини відносно геометрії виробу.

Поверхнева щільність

Карбонові тканини випускаються з різною поверхневою щільністю, яка зазвичай вказується у г/м².

Цей параметр пов’язаний із кількістю армувального волокна в одиниці площі.

Вибір поверхневої щільності залежить від конструкції майбутнього композиту.

Тонші тканини можуть використовуватися для:

• зовнішніх шарів;
• складної геометрії;
• невеликих деталей;
• декоративних поверхонь.

Більш важкі армувальні матеріали можуть використовуватися для швидшого формування необхідної товщини конструкції.

Позначення 1K, 3K, 6K, 12K

У характеристиках карбонових матеріалів часто зустрічаються позначення 1K, 3K, 6K, 12K та інші.

Вони пов’язані з кількістю елементарних волокон у джгуті.

Наприклад, позначення 3K означає джгут приблизно з 3000 елементарних волокон.

Проте саме по собі значення K не визначає всі властивості тканини.

Також потрібно враховувати:

• тип волокна;
• переплетення;
• поверхневу щільність;
• товщину;
• щільність укладання;
• виробника.

Орієнтація волокон

Для конструкційного карбону напрям волокон є одним із ключових параметрів.

Композит може мати дуже різні механічні властивості залежно від напрямку навантаження відносно армування.

Тому при підготовці заготовок недостатньо враховувати лише їх зовнішню форму.

Потрібно також знати, як саме контур повинен бути орієнтований відносно волокон.

Шари 0° і 90°

Для тканого матеріалу основні напрямки волокон часто розташовані взаємно перпендикулярно.

При проектуванні композиту конструктор визначає необхідну орієнтацію кожного шару.

Напрям армування є частиною конструкції та не повинен довільно змінюватися лише заради економнішої розкладки.

Шари +45° та -45°

У багатошарових композитах часто використовуються шари з різною орієнтацією.

Наприклад:

• 0°;
• 90°;
• +45°;
• -45°.

Так формується задана схема армування.

При розкрої заготовки можуть бути розташовані відносно полотна відповідно до технологічної карти майбутнього виробу.

Чому напрям волокон важливіший за економію матеріалу

При автоматичній розкладці деталей програма може запропонувати повернути контур для більш щільного використання полотна.

Для звичайного декоративного матеріалу це часто допустимо.

Для конструкційного карбону таке обертання може змінити напрям армування.

Тому при виготовленні відповідальних деталей орієнтація задається документацією, а оптимізація витрати матеріалу виконується вже в межах цих обмежень.

Розкрій карбонової тканини

За цифровими кресленнями можна виготовляти:

• прямокутні заготовки;
• круги;
• кільця;
• смуги;
• рамки;
• фігурні армувальні шари;
• локальні підсилення;
• накладки;
• деталі з внутрішніми вирізами;
• комплекти шарів.

Особливо корисний цифровий розкрій для серійного композитного виробництва, де однаковий набір заготовок потрібно повторювати багато разів.

Особливості лазерної обробки карбонової тканини

Карбонова тканина суттєво відрізняється від звичайного синтетичного текстилю.

Вуглецеві волокна не поводяться під дією CO₂-лазера так само, як поліестерова або поліамідна тканина.

Результат залежить від:

• типу волокна;
• структури тканини;
• поверхневої щільності;
• товщини;
• кількості шарів;
• наявності замаслювача;
• просочення;
• параметрів обладнання.

Тому новий матеріал потрібно тестувати перед серійною обробкою.

Кромка після різання

Для сухої карбонової тканини важливо контролювати стан волокон біля контуру.

На якість кромки можуть впливати:

• щільність переплетення;
• товщина джгутів;
• напрям різу відносно волокон;
• швидкість обробки;
• локальний нагрів;
• стабільність полотна.

Для конструкційних деталей потрібно оцінювати не лише зовнішній вигляд, а й придатність отриманої заготовки до подальшого формування.

Розпускання тканини

Однією з проблем при роботі із сухою карбоновою тканиною є зміщення та розпускання волокон після розкрою.

Особливо це може бути помітно:

• на складних контурах;
• на вузьких елементах;
• при різанні під кутом до напрямку волокон;
• на тканинах із рухливою структурою.

Технологію потрібно підбирати таким чином, щоб готову заготовку було зручно переносити та укладати у форму.

Електропровідність карбону

Вуглецеві волокна електропровідні.

Це важлива відмінність карбону від склотканини.

Дрібні волокна та пил можуть створювати проблеми для електричного й електронного обладнання.

Тому при виробничій обробці карбонових матеріалів необхідно контролювати відходи та не допускати їх неконтрольованого потрапляння на електричні компоненти.

Суха тканина та препрег

Препрег — це армувальний матеріал, який уже містить дозовану кількість полімерної системи.

Його не слід автоматично прирівнювати до сухої карбонової тканини.

Смола суттєво змінює:

• поведінку при нагріванні;
• характер кромки;
• виділення продуктів термічного розкладання;
• вимоги до зберігання;
• технологію розкрою.

Тому можливість обробки препрегу оцінюється окремо.

Гібридні тканини

Існують тканини, в яких карбонові волокна поєднуються з іншими армувальними волокнами.

Наприклад, можуть використовуватися комбінації вуглецевого волокна з:

• арамідним волокном;
• скловолокном;
• іншими технічними волокнами.

Такий матеріал не можна автоматично обробляти за режимами звичайної карбонової тканини.

Потрібно враховувати властивості всіх компонентів.

Заготовки для композитного виробництва

Розкрій карбонової тканини найбільш цікавий як підготовча операція перед формуванням композитних виробів.

Можна підготувати окремі шари для:

• корпусів;
• панелей;
• кожухів;
• кронштейнів;
• накладок;
• трубчастих конструкцій;
• елементів робототехніки;
• спортивних виробів;
• промислових композитних деталей.

Комплекти армувальних шарів

Одна готова карбонова деталь може містити багато шарів різної форми.

Наприклад:

перший шар — повний контур;

другий — повний контур з іншою орієнтацією волокон;

третій — локальне підсилення;

четвертий — кільце навколо кріплення;

п’ятий — додатковий шар у навантаженій зоні.

За цифровою документацією можна підготувати весь комплект заготовок.

Локальні підсилення

Не завжди потрібно збільшувати товщину всієї деталі.

Додаткові шари можуть розміщуватися тільки в необхідних зонах.

Наприклад:

• навколо отворів;
• біля кріплень;
• у місцях стиків;
• у зонах передачі навантаження;
• біля країв;
• у місцях локального посилення конструкції.

Форма таких накладок задається кресленням.

Кільця для підсилення отворів

Для окремих конструкцій можна виготовляти кільцеві армувальні заготовки.

У макеті задаються:

• зовнішній діаметр;
• внутрішній діаметр;
• орієнтація волокон;
• кількість.

Необхідність і конструкція такого підсилення повинні визначатися розрахунком майбутнього композитного виробу.

Заготовки для вакуумної інфузії

Карбонова тканина може використовуватися у технології вакуумної інфузії.

Попередньо підготовлені заготовки дозволяють сформувати армувальний пакет відповідно до технологічної карти.

Можна заздалегідь виготовити:

• основні шари;
• локальні накладки;
• підсилення;
• смуги;
• кільця;
• фігурні елементи.

Заготовки для ручного ламінування

При ручному формуванні заздалегідь вирізаний комплект скорочує кількість операцій безпосередньо біля форми.

Оператор отримує готові заготовки та укладає їх у заданій послідовності.

Це особливо корисно для повторюваних деталей та серійного виробництва.

Файли для розкрою карбонової тканини

Для виробництва бажано надати векторні контури:

• DXF;
• DWG;
• CDR;
• AI;
• SVG;
• PDF із векторною геометрією.

Макет бажано готувати у масштабі 1:1.

Для конструкційних композитів також необхідно вказати:

• марку матеріалу;
• поверхневу щільність;
• тип переплетення;
• кількість кожної заготовки;
• напрям волокон;
• номер шару;
• необхідні припуски;
• особливі технологічні вимоги.

Матеріал замовника

Компанія Frezer & Lazer може розглянути розкрій карбонової тканини замовника за попереднім погодженням.

Для оцінки бажано надати:

• виробника;
• марку;
• тип волокна;
• тип переплетення;
• поверхневу щільність;
• ширину рулону;
• інформацію про просочення;
• інформацію про додаткові компоненти;
• необхідну кількість деталей.

Для нового матеріалу доцільно спочатку виконати тестовий розкрій.

Орієнтація карбонової тканини при розкрої

Для вуглецевих композитів напрям волокон часто є не менш важливим, ніж сама геометрія заготовки.

Якщо деталь спроєктована з певною схемою армування, довільно повертати її на полотні для економії матеріалу не можна.

У технічному завданні можна окремо зазначити:

• напрям 0°;
• напрям 90°;
• +45°;
• -45°;
• напрям основи;
• напрям утоку;
• орієнтацію декоративного рисунка.

Це дозволяє підготувати комплект відповідно до технології подальшого формування.

Схема укладання шарів

Багатошаровий карбоновий композит може складатися із заготовок однакової форми, але з різною орієнтацією волокон.

Умовний пакет може мати таку послідовність:

0° → +45° → 90° → -45° → 0°.

Але це лише приклад. Реальна схема армування визначається конструктором відповідно до навантажень та призначення деталі.

При розкрої важливо точно дотримуватися заданої орієнтації кожного шару.

Симетричне укладання

У деяких композитних конструкціях використовується симетрична структура армування відносно середини пакета.

Це може бути важливо для механічної поведінки та стабільності готового виробу.

Компанія Frezer & Lazer виконує розкрій відповідно до наданої схеми, але розрахунок кількості, послідовності та орієнтації шарів повинен визначатися конструкторською документацією.

Нумерація заготовок

Якщо один виріб складається з великої кількості різних армувальних шарів, кожній позиції бажано присвоїти номер.

Наприклад:

• шар 01;
• шар 02;
• шар 03;
• підсилення A;
• підсилення B;
• ліва деталь;
• права деталь.

Це знижує ризик помилки під час подальшого складання армувального пакета.

Ліві та праві деталі

Для симетричних конструкцій часто потрібні дзеркальні заготовки.

Це можуть бути:

• права та ліва панелі;
• боковини;
• накладки;
• корпусні елементи;
• декоративні деталі.

При цьому потрібно враховувати не тільки дзеркальну геометрію, а й необхідний напрям волокон та рисунка тканини.

Декоративна орієнтація карбону

Для видимих деталей напрям саржевого рисунка часто має велике значення.

Наприклад, на двох симетричних панелях можна передбачити дзеркальний напрям діагонального рисунка.

Це дозволяє отримати більш акуратний та симетричний зовнішній вигляд готового виробу.

Припуски на формування

Контур сухої карбонової заготовки не завжди збігається з остаточним контуром готової деталі.

Залежно від технології можуть знадобитися припуски для:

• укладання у форму;
• обгинання країв;
• перекриття;
• формування складної поверхні;
• подальшого обрізання;
• технологічної фіксації.

Розміри припусків задаються технологією виробництва конкретного виробу.

Карбонова тканина для складних поверхонь

Під час формування криволінійної деталі тканина змінює свою геометрію.

Переплетення може дещо перебудовуватися, а волокна — змінювати взаємне положення.

Тому плоска форма заготовки для складної 3D-поверхні не завжди очевидна.

Для таких виробів контури бажано попередньо перевіряти на тестовому формуванні.

Прототип перед серією

Перед серійним розкроєм нового комплекту доцільно виготовити одну тестову партію.

Це дозволяє перевірити:

• геометрію;
• припуски;
• орієнтацію волокон;
• послідовність шарів;
• зручність укладання;
• відповідність формі;
• стан країв;
• поведінку тканини при перенесенні.

Після цього цифрові контури можна скоригувати.

Локальні армувальні накладки

Для підсилення окремих зон можуть використовуватися невеликі додаткові заготовки.

Вони можуть мати:

• круглу;
• овальну;
• прямокутну;
• трапецієподібну;
• кільцеву;
• складну фігурну форму.

Їх геометрія визначається конструкцією майбутнього виробу.

Армування навколо отворів

Отвори можуть створювати локальні концентрації напружень у композитній конструкції.

Якщо це передбачено проєктом, навколо них можуть додаватися додаткові армувальні шари.

Це можуть бути:

• кільця;
• овальні накладки;
• прямокутні підсилення;
• фігурні елементи.

Необхідність, розміри та орієнтація такого армування визначаються конструктором.

Армування зон кріплення

Додаткові шари можуть використовуватися біля:

• болтових з’єднань;
• закладних елементів;
• кронштейнів;
• шарнірів;
• опор;
• інших зон передачі навантаження.

Цифровий розкрій дозволяє серійно виготовляти однакові локальні підсилення.

Армування країв

В окремих конструкціях додаткове армування може бути передбачене вздовж краю деталі.

Для цього можна виготовляти:

• прямі смуги;
• криволінійні смуги;
• контурні накладки;
• сегменти;
• фігурні підсилення.

Ширина та орієнтація волокон визначаються проєктом.

Карбонові смуги

З тканини можна розкроювати смуги заданої ширини.

Вони можуть використовуватися як:

• локальне армування;
• технологічні накладки;
• обмотувальні елементи;
• елементи ремонтного комплекту;
• складові багатошарового пакета.

При цьому потрібно враховувати напрям волокон відносно довгої сторони смуги.

Кільцеві заготовки

Кільця можуть використовуватися для локального армування круглих зон.

У файлі задаються:

• зовнішній діаметр;
• внутрішній діаметр;
• кількість;
• напрям волокон.

За одним цифровим макетом можна виготовляти повторювані партії.

Рамкові заготовки

Карбонова тканина може розкроюватися у вигляді рамок із великим внутрішнім вирізом.

Такі елементи можуть застосовуватися як локальні армувальні шари відповідно до конструкції виробу.

Форма внутрішнього та зовнішнього контуру може бути різною.

Фігурні заготовки

Цифровий розкрій особливо корисний для складних контурів.

Можна виготовляти:

• асиметричні заготовки;
• криволінійні елементи;
• деталі з декількома внутрішніми вирізами;
• локальні підсилення складної форми;
• контурні накладки.

Це зменшує обсяг ручного розмічання при повторюваному виробництві.

Дрібні деталі

При виготовленні дуже маленьких заготовок потрібно враховувати структуру тканини.

Якщо розмір елемента наближається до ширини джгутів або масштабу переплетення, форма може ставати нестабільною.

Особливо це стосується:

• вузьких перемичок;
• дрібних виступів;
• малих кілець;
• дуже вузьких смуг;
• дрібних внутрішніх отворів.

Практичні обмеження визначаються конкретним матеріалом.

Розкрій декількох шарів

Теоретично продуктивність можна збільшувати одночасною обробкою декількох шарів, але для карбонової тканини це потрібно перевіряти окремо.

При збільшенні кількості шарів можуть змінюватися:

• якість кромки;
• стабільність нижніх шарів;
• тепловий вплив;
• точність контуру;
• поведінка волокон.

Тому кількість шарів для одночасного розкрою визначається тестуванням.

Фіксація тканини

Суха карбонова тканина може бути досить рухливою.

Під час підготовки до розкрою важливо уникнути:

• складок;
• перекосу;
• хвиль;
• зміщення ниток;
• надмірного натягу.

Особливо це важливо для деталей, де заданий точний напрям армування.

Розкладка на рулоні

Якщо карбонова тканина постачається в рулоні, розкладку можна готувати відповідно до фактичної ширини матеріалу.

При цьому враховуються:

• ширина полотна;
• напрям волокон;
• геометрія деталей;
• необхідні технологічні відступи;
• кількість кожної позиції.

Це дозволяє планувати витрату матеріалу до початку виробництва.

Оптимізація витрати карбонової тканини

Карбонові армувальні матеріали можуть мати значну вартість, тому раціональна розкладка особливо важлива.

Деталі можна розташовувати ближче одна до одної та використовувати вільні ділянки для невеликих підсилень.

Але оптимізація не повинна змінювати задану орієнтацію волокон.

Використання залишків

Вільні ділянки між великими деталями можуть використовуватися для розміщення:

• невеликих кілець;
• локальних підсилень;
• смуг;
• накладок;
• інших дрібних позицій.

Це дозволяє ефективніше використовувати матеріал, якщо напрям волокон відповідає вимогам цих деталей.

Серійні комплекти

Для регулярного виробництва можна створити постійний комплект цифрових файлів.

Наприклад, один комплект на виріб може включати:

• 6 основних шарів;
• 4 локальні підсилення;
• 2 кільця;
• 2 крайові накладки;
• 1 декоративний зовнішній шар.

Після затвердження такого комплекту його можна повторювати для наступних партій.

Заготовки для вакуумної інфузії

При вакуумній інфузії сухі армувальні матеріали укладаються у форму перед подачею смоли.

Попередньо розкроєний комплект дозволяє організувати процес відповідно до технологічної карти.

Особливо це зручно, якщо виробляються однакові деталі серійно.

Заготовки для вакуумного мішка

Саму карбонову тканину не потрібно плутати з допоміжними матеріалами вакуумного процесу.

Окремо можуть використовуватися:

• вакуумна плівка;
• розділювальні матеріали;
• peel ply;
• дренажні сітки;
• абсорбувальні матеріали.

Кожен із цих матеріалів має власний склад і потребує окремої оцінки щодо способу розкрою.

Заготовки для ручного ламінування

При ручному ламінуванні заздалегідь підготовлений комплект дозволяє оператору зосередитися на правильному укладанні та просоченні.

Особливо це корисно, коли одна деталь містить багато шарів різної форми.

Заготовки для пресування

У деяких технологіях армувальні заготовки формуються під тиском.

У цьому випадку контур, припуски та схема армування визначаються конструкцією прес-форми та технологічним процесом.

Розкрій виконується відповідно до наданої документації.

Ремонтні комплекти з карбонової тканини

Карбонова тканина може використовуватися при ремонті композитних конструкцій.

Комплект може складатися з декількох накладок різного розміру.

Наприклад:

• мала центральна;
• середня;
• більша зовнішня.

Конкретна схема ремонту повинна визначатися спеціалістом з урахуванням конструкції та характеру пошкодження.

Карбон для безпілотних систем

Вуглецеві композити широко використовуються там, де важливе співвідношення жорсткості та маси.

Розкроєні армувальні заготовки можуть застосовуватися при виробництві різних легких композитних корпусів, панелей, кожухів та інших конструктивних елементів.

Схема армування при цьому повинна визначатися конструкторською документацією.

Карбон для робототехніки

Композитні матеріали можуть застосовуватися в робототехніці для зменшення маси рухомих конструкцій.

Карбонова тканина може використовуватися для формування:

• панелей;
• корпусів;
• кожухів;
• кронштейнів;
• інших композитних компонентів.

Карбон для машинобудування

У промисловості вуглецеві композити можуть застосовуватися для деталей, де важливі:

• низька маса;
• висока питома жорсткість;
• корозійна стійкість композитної системи;
• спеціальні конструкційні властивості.

Вибір волокна, смоли та схеми армування повинен виконуватися відповідно до умов експлуатації.

Карбон для автомобільних деталей

Карбонова тканина може використовуватися для виготовлення:

• декоративних панелей;
• корпусних елементів;
• накладок;
• кожухів;
• деталей інтер’єру;
• інших композитних компонентів.

Для зовнішніх декоративних шарів особливо важлива правильна орієнтація рисунка.

Карбон для спортивного обладнання

Вуглепластик широко застосовується у спортивних виробах завдяки можливості отримати легкі та жорсткі конструкції.

Карбонова тканина може використовуватися як армування для різних корпусних, панельних та формованих деталей.

Конкретна конструкція повинна розраховуватися відповідно до реальних навантажень.

Карбонова тканина та склотканина

Обидва матеріали використовуються як армування полімерних композитів, але мають різні властивості.

Карбонове волокно зазвичай вибирають, коли особливо важливі:

• висока питома жорсткість;
• мала маса;
• специфічні механічні характеристики;
• декоративний вигляд карбонового переплетення.

Склотканина часто є економічнішим армувальним матеріалом і має інші електричні та механічні властивості.

Електропровідність — важлива відмінність

На відміну від скловолокна, вуглецеве волокно проводить електричний струм.

Це потрібно враховувати при використанні карбонових композитів біля:

• електроніки;
• антен;
• електричних шин;
• контактів;
• друкованих плат;
• іншого електрообладнання.

Електрична поведінка готової композитної конструкції залежить від її будови.

Карбонова тканина та арамідна тканина

Арамідні та вуглецеві волокна мають різні механічні властивості.

Карбон часто вибирають для високої жорсткості при малій масі.

Арамідні матеріали можуть бути цікавими там, де потрібні інші характеристики, зокрема ударна поведінка.

Існують також гібридні тканини, які поєднують декілька типів волокон.

Карбонова тканина та готовий листовий карбон

Суху тканину використовують для формування нового композиту.

Готовий листовий карбон уже має затверділу полімерну матрицю.

Для готових листів Компанія Frezer & Lazer застосовує фрезерну обробку на ЧПУ, тоді як для сухої тканини використовується технологія розкрою, підібрана під конкретний матеріал.

Матеріал замовника

При роботі з карбоновою тканиною замовника бажано повідомити:

• виробника;
• марку;
• тип волокна;
• 1K, 3K, 6K, 12K або інше позначення;
• поверхневу щільність;
• тип переплетення;
• ширину рулону;
• наявність просочення;
• кількість матеріалу;
• необхідний напрям розкрою.

Для нового матеріалу спочатку доцільно виготовити тестові заготовки.

Що потрібно для розрахунку замовлення

Для попереднього розрахунку бажано надати:

• векторні файли;
• кількість кожної позиції;
• тип карбонової тканини;
• поверхневу щільність;
• ширину рулону;
• напрям волокон;
• інформацію про матеріал замовника;
• вимоги до комплектування.

Для багатошарової конструкції також бажано надати таблицю або схему укладання шарів.

Технічні характеристики карбонової тканини

Вуглепластикова тканина не має одного універсального набору характеристик. Властивості залежать від типу вуглецевого волокна, кількості філаментів у джгуті, поверхневої щільності, переплетення, орієнтації волокон та виробника.

При виборі матеріалу потрібно враховувати:

• тип вуглецевого волокна;
• поверхневу щільність;
• тип переплетення;
• товщину;
• ширину рулону;
• напрям волокон;
• 1K, 3K, 6K, 12K або інший тип джгута;
• наявність просочення;
• сумісність зі смолою;
• вимоги до готового композиту.

Міцність і жорсткість

Основною перевагою вуглецевого волокна є високе співвідношення механічних характеристик до маси.

Однак міцність готової деталі не визначається лише маркою тканини.

На результат впливають:

• напрям волокон;
• кількість шарів;
• схема укладання;
• тип полімерної матриці;
• частка волокна;
• якість просочення;
• технологія формування;
• режим затвердіння;
• пористість;
• якість готового ламінату.

Тому характеристики самої тканини не можна безпосередньо використовувати як характеристики готової вуглепластикової деталі.

Анізотропність карбонових композитів

Карбоновий композит є напрямлено залежним матеріалом.

Висока міцність волокон реалізується насамперед уздовж їхнього напрямку.

Саме тому орієнтація заготовки при розкрої має конструкційне значення.

Для відповідальних деталей напрям кожного шару повинен задаватися конструкторською документацією.

Маса готового виробу

Вуглецеві композити використовуються там, де необхідно отримати високу жорсткість при відносно невеликій масі.

Це робить їх цікавими для:

• рухомих конструкцій;
• робототехніки;
• транспортної техніки;
• промислових механізмів;
• спортивного обладнання;
• приладобудування;
• легких корпусів і панелей.

Фактична маса готової деталі залежить не тільки від тканини, а й від кількості смоли, товщини та конструкції ламінату.

Електропровідність

Вуглецеве волокно проводить електричний струм.

Це одна з принципових відмінностей карбонової тканини від склотканини.

Таку властивість потрібно враховувати при проектуванні деталей для:

• електронного обладнання;
• електротехнічних систем;
• корпусів;
• антенних систем;
• обладнання з електричними контактами.

Готовий карбоновий композит не потрібно автоматично вважати електроізоляційним матеріалом.

Температурна стійкість

Температурні можливості готової карбонової деталі значною мірою визначаються полімерною матрицею.

Саме смола часто стає одним із основних температурних обмежень композиту.

Тому не варто вказувати одну універсальну максимальну температуру для всіх виробів із карбону.

Необхідно враховувати:

• тип волокна;
• тип смоли;
• температуру склування полімерної системи;
• режим затвердіння;
• тривалість температурного впливу;
• механічне навантаження.

Хімічна стійкість

Хімічна стійкість готового композиту також залежить від усієї системи.

Вуглецеве волокно та полімерна матриця можуть по-різному реагувати на середовище.

Для контакту з:

• паливом;
• мастилами;
• розчинниками;
• кислотами;
• лугами;
• технологічними рідинами

необхідно перевіряти характеристики конкретної композитної системи.

Волога

Саме вуглецеве волокно не поводиться як звичайна гігроскопічна тканина, однак поведінка готового композиту у вологому середовищі залежить від полімерної матриці, якості формування, поверхневого захисту та конструкції.

Для зовнішнього або постійно вологого середовища необхідно враховувати характеристики всієї композитної системи.

Гальванічна взаємодія з металами

Через електропровідність карбону при безпосередньому контакті з деякими металами у відповідному електролітичному середовищі може виникати ризик гальванічної корозії металу.

Це особливо потрібно враховувати при проектуванні карбонових деталей, які контактують з алюмінієвими та іншими металевими компонентами.

За необхідності між матеріалами передбачають електрично ізолювальний шар або інше конструктивне рішення.

Ультрафіолет і зовнішня експлуатація

Для зовнішніх карбонових виробів потрібно враховувати стійкість не лише волокна, а передусім полімерної матриці та декоративного покриття.

Для видимих деталей можуть використовуватися відповідні захисні покриття.

Вимоги залежать від конкретної смоли та умов експлуатації.

Точність розкрою карбонової тканини

Карбонова тканина є гнучким матеріалом, тому фактична точність заготовки залежить не тільки від обладнання.

На геометрію можуть впливати:

• рухливість переплетення;
• перекіс полотна;
• натяг;
• напрям різання;
• структура джгутів;
• зміщення окремих волокон;
• спосіб перенесення заготовки.

Для відповідальних виробів потрібно узгоджувати реальні вимоги до допусків.

Стабільність геометрії після розкрою

Суха тканина не має жорсткості готового композиту.

Після зняття зі столу заготовка може дещо змінювати форму через переміщення структури переплетення.

Тому під час:

• пакування;
• транспортування;
• перенесення;
• укладання у форму

важливо не деформувати підготовлені шари.

Дрібні елементи

При проектуванні дуже дрібних деталей необхідно враховувати масштаб структури тканини.

Вузька перемичка може складатися лише з декількох джгутів, через що її стабільність буде обмеженою.

Особливо це стосується:

• вузьких кілець;
• тонких смуг;
• малих виступів;
• дрібних отворів;
• гострих кутів.

Для таких деталей бажано виконувати тестовий розкрій.

Розкрій за кресленнями

Компанія Frezer & Lazer виконує розкрій карбонової тканини за цифровими макетами.

Для роботи бажано надати:

• DXF;
• DWG;
• CDR;
• AI;
• SVG;
• векторний PDF.

Файл бажано готувати у масштабі 1:1.

Що вказати у технічному завданні

Для розрахунку та підготовки виробництва бажано вказати:

• марку карбонової тканини;
• поверхневу щільність;
• тип переплетення;
• ширину рулону;
• кількість деталей;
• напрям волокон;
• номер кожного шару;
• необхідні припуски;
• вимоги до комплектування;
• наявність просочення;
• особливі вимоги до кромки.

Серійне виробництво

Після затвердження комплекту файлів можна виконувати повторювані партії.

Це особливо зручно для виробництва, де на кожну готову композитну деталь потрібен однаковий набір армувальних заготовок.

Цифровий комплект можна використовувати для наступних замовлень без повторного ручного створення кожного шаблону.

Комплектування заготовок

Для складного виробу заготовки можна розділити за позиціями.

Наприклад:

• основний шар №1;
• основний шар №2;
• +45°;
• -45°;
• локальне підсилення А;
• локальне підсилення Б;
• кільце №1;
• зовнішній декоративний шар.

Це спрощує подальше укладання армувального пакета.

Одиничні та дослідні замовлення

Цифровий розкрій зручний не тільки для серій.

Можна виготовити:

• одну заготовку;
• один комплект;
• прототип;
• тестову партію;
• ремонтний комплект;
• декілька локальних підсилень.

Після перевірки геометрію можна скоригувати перед наступною партією.

B2B-розкрій карбонової тканини

Послуга може бути цікава для:

• виробників композитних деталей;
• машинобудівних підприємств;
• виробників корпусів;
• робототехнічних компаній;
• виробників промислового обладнання;
• виробників спортивного обладнання;
• виробників автомобільних компонентів;
• підприємств, що працюють із вакуумною інфузією;
• виробників композитної оснастки;
• дослідних та конструкторських виробництв.

Важливо щодо лазерної різки

Сухе вуглецеве волокно є специфічним матеріалом для лазерної обробки. На результат впливають довжина хвилі лазера, структура тканини, поверхнева щільність, товщина та необхідна якість кромки.

Тому для нової карбонової тканини Компанія Frezer & Lazer спочатку оцінює можливість обробки та виконує тестовий різ.

Не варто переносити режими різання звичайного текстилю на карбонове полотно.

Препрег

Карбоновий препрег потрібно розглядати окремо від сухої тканини.

Через наявність смоли змінюються:

• теплові властивості;
• характер різання;
• продукти термічного розкладання;
• вимоги до вентиляції;
• стан кромки.

Можливість його лазерної обробки визначається тільки після перевірки складу конкретного матеріалу.

Готовий листовий карбон

Якщо вуглецеві волокна вже знаходяться у затверділій полімерній матриці, це готовий вуглепластиковий лист.

Для такого матеріалу Компанія Frezer & Lazer використовує переважно механічну обробку на фрезерних верстатах ЧПУ.

Таким способом можна виготовляти:

• пластини;
• панелі;
• кронштейни;
• рамки;
• корпусні елементи;
• фігурні деталі;
• інші вироби з листового карбону.

FAQ — часті запитання про розкрій карбонової тканини

Чи можна різати карбонову тканину лазером?

Для окремих типів сухої карбонової тканини лазерний розкрій можливий, але технологічність залежить від конкретного матеріалу та вимог до кромки. Перед серійним замовленням бажано виконати тест.

Чи можна різати готовий листовий карбон лазером?

Для готового вуглепластикового листа ми орієнтуємося насамперед на фрезерну обробку ЧПУ.

Чи можна вирізати складний контур?

Так. За цифровим файлом можна підготувати складні фігурні заготовки відповідно до можливостей конкретного матеріалу.

Чи можна врахувати напрям волокон?

Так. Орієнтацію деталі відносно волокон можна задати в технічному завданні.

Чи можна зробити шари 0°, 90°, +45° та -45°?

Так. Заготовки можна розкладати відповідно до заданої схеми армування.

Чи можна виготовити повний комплект на одну композитну деталь?

Так. Можна підготувати основні шари, локальні підсилення, кільця та інші позиції за наданими файлами.

Чи можна зробити локальні підсилення?

Так. Можна виготовляти круглі, кільцеві, прямокутні та складні фігурні накладки.

Чи можна виготовляти заготовки для вакуумної інфузії?

Так. Можна підготувати сухі армувальні шари відповідно до технологічної карти замовника.

Чи можна виготовляти заготовки для ручного ламінування?

Так. Попередньо підготовлені контури можна комплектувати для подальшого укладання та просочення.

Чи можна різати карбоновий препрег?

Препрег необхідно оцінювати окремо через наявність полімерної системи. Потрібна інформація про конкретний матеріал.

Чи можна різати гібридну карбон-арамідну тканину?

Таку тканину потрібно тестувати окремо, оскільки різні типи волокон по-різному поводяться при обробці.

Чи проводить карбон електричний струм?

Так. Вуглецеві волокна електропровідні, що потрібно враховувати при проектуванні готових виробів.

Чи можна виготовити одну заготовку?

Так. Можливі одиничні, дослідні та прототипні замовлення.

Чи можна виготовляти серійні комплекти?

Так. Після затвердження файлів можна повторювати комплекти для наступних партій.

Чи працюєте з карбоновою тканиною замовника?

Таку можливість можна погодити. Бажано надати марку, виробника, поверхневу щільність, тип переплетення та інформацію про просочення.

Які файли потрібні?

Для плоских заготовок бажано надати DXF, DWG, CDR, AI, SVG або векторний PDF у масштабі 1:1.

Замовити розкрій карбонової тканини

Компанія Frezer & Lazer виконує розкрій вуглепластикової та карбонової тканини за кресленнями та цифровими макетами.

Можемо виготовляти:

• армувальні шари;
• фігурні заготовки;
• локальні підсилення;
• кільця;
• рамки;
• смуги;
• ремонтні накладки;
• заготовки для вакуумної інфузії;
• заготовки для ручного ламінування;
• комплекти з різною орієнтацією волокон;
• серійні комплекти для композитного виробництва.

Для розрахунку надішліть креслення, кількість, характеристики тканини та необхідну орієнтацію волокон.

Працюємо з одиничними та серійними замовленнями. Доставка по Україні.