Tessuto in aramide: come l'orientamento delle fibre influisce sulla resistenza e sulla lavorazione

Un filato di para-aramide da 3,6 GPa è tra le fibre di rinforzo più resistenti disponibili, ma intrecciarlo in un tessuto stretto a trama semplice può ridurre la sua resistenza alla trazione effettiva a circa due terzi di quel valore. Il diverso tra le proprietà delle fibre e quelle del tessuto non è un difetto: è il risultato diretto dell'orientamento delle fibre e della geometria della trama. Per gli ingegneri che richiedono rinforzi in tessuto aramidico, comprendere come l'orientamento controlla la resistenza e la lavorazione è il passaggio fondamentale prima di scegliere un materiale.

Cosa significa effettivamente l'orientamento delle fibre in un tessuto aramidico intrecciato

L'orientamento delle fibre in un tessuto è la direzione dei fili di ordito, che corrono a 0 gradi lungo la lunghezza del rotolo, e dei fili di trama, che si incrociano a 90 gradi, rispetto al percorso del carico nella parte finita.

A differenza del nastro unidirezionale, un tessuto porta il rinforzo in due direzioni contemporaneamente nel piano. Ecco perché l'aramide intrecciata è specifica per caschi, pannelli balistici, scudi anti-esplosione e staffe composite che presentano carichi da più angolazioni. Ma la struttura a due direzioni ha un costo: ogni filo di ordito si incrocia sopra e sotto ogni filo di trama, formando una piega chiamata arricciatura. Le molecole di para-aramide sono altamente allineate lungo l'asse della fibra, quindi la fibra è forte in tensione ma debole sotto flessione e compressione laterale. La crimpatura trasferisce quindi le reali perdite di resistenza direttamente nel tessuto. Per un confronto più ampio tra i gradi e le applicazioni del tessuto aramidico, ns guida in tessuto aramidico copre l'intera gamma di proprietà.

Ordito e trama: la forza è direzionale

Il tessuto in aramide è più resistente quando il carico è allineato con i fili di ordito o di trama e perde rapidamente resistenza quando il carico viene applicato tra questi due assi.

Per un tessuto aramidico twill 2/2 bilanciato, la tipica ritenzione della resistenza alla trazione relativa alla direzione dell'ordito segue lo schema seguente. Il valore di 0 gradi è normalizzato al 100%.

A 45 gradi, più del 60% della forza allineata scompare. Questa è la causa più comune di guasto dei laminati in aramide: gli ingegneri dimensionano la parte in base ai dati di trazione misurati nella direzione dell'ordito, quindi sovrastimano la rigidità e la resistenza fuori asse del pannello.

Per un recipiente a pressione, un guscio di casco o un braccio di drone, il progetto deve orientare ogni strato in modo che il carico primario segua l'ordito o la trama oppure costruire un laminato con 0/90 e più/meno 45 strati per coprire l'involucro a pieno carico.

Schema di tessitura: l'arricciatura controlla la traslazione della forza

Un modello di trama più stretto produce un'arricciatura più elevata, mentre un'arricciatura più elevata riduce la percentuale di resistenza alla trazione della fibra che raggiunge il laminato finito, un valore chiamato efficienza di traslazione della resistenza.

Il motivo a trama è il secondo livello di controllo dell'orientamento. L'armatura a tela (1/1) passa ogni filo sopra uno e sotto l'altro, bloccando rigidamente la struttura. Il twill (2/2) fa galleggiare i filati su due vicini, mentre il satin (4H) crea lunghi filati fluttuanti con un'arricciatura minima. Il compromesso è coerente: una minore crimpatura migliora la traslazione della resistenza e la drappeggiabilità, ma indebolisce la stabilità della superficie e la resistenza allo scivolamento.

Come l'orientamento cambia il taglio, il drappeggio e la bagnatura della resina

L'orientamento delle fibre e la densità della trama determinano il comportamento del tessuto aramidico nelle tre fasi di produzione in cui viene creata la maggior parte degli scarti: taglio, laminazione e infusione di resina.

• Taglio. I fili di aramide fibrillano sotto taglio e i fili angolati nelle intersezioni della trama rendono i tagli netti più difficili rispetto al tessuto di carbonio. I coltelli ad ultrasuoni o il taglio a getto d'acqua producono bordi puliti; le frese circolari con punta in metallo duro che funzionano a velocità ridotta funzionano anche se la lama è fresca.
• Drappeggio. Su uno stampo a doppia curvatura, una trama semplice e fitta resiste al taglio nel piano, quindi si raggrinzisce invece di conformarsi. Il twill e il raso consentono la rotazione del filato all'interno del tessuto, consentendo allo strato di deformarsi nella forma dello stampo senza che la fibra si deformi.
• Bagnare. La resina scorre lungo i fasci di fibra e ogni intersezione della trama rappresenta una potenziale restrizione del flusso. La trama piana densa rallenta la bagnatura e può intrappolare l'aria, mentre il twill o il raso con un'arricciatura inferiore si bagnano più velocemente e raggiungono un contenuto di vuoti inferiore.

Selezione del tessuto aramidico giusto per la produzione

Scegli il bilanciamento di ordito e trama e il modello di tessitura in base al caso di carico dominante e al processo di produzione, non solo alla resistenza alla trazione della scheda tecnica della fibra.

Effettuare la selezione in questo ordine:

1. Definisci la direzione primaria del carico e orienta il rotolo in modo che i fili di ordito si allineino con quell'asse.
2. Seleziona il modello di trama: liscio per la stabilità della superficie, twill per resistenza e drappeggio bilanciati, satinato per la massima traslazione della resistenza.
3. Verificare il bilanciamento della trama e dell'ordito: 50/50 per una risposta approssimativamente isotropa o rapporti specializzati per la rigidità direzionale.
4. Adatto il peso areale e la crimpatura al sistema di resina: la resina per infusione a bassa viscosità gestisce il trama densa meglio degli adesivi in ​​pellicola.
5. Confermare la larghezza del tessuto, la lunghezza del rotolo e la qualità della giunzione con il fornitore prima di quotare la parte.

Per le parti che richiedono sia di tenacità dell'aramide che di rigidità del carbonio, i tessuti ibridi di aramide e carbonio posizionano ciascun tipo di fibra nello stesso strato di tessuto, il che semplifica il controllo dell'orientamento rispetto all'impilamento di strati separati. Jiangyin Dongli Nuovi Materiali Technology Co., Ltd. , un produttore di compositi a processo completo con uno stabilimento di 32.000 m2 e 10 linee di produzione, fornisce tessuti in aramide e tessuti ibridi in aramide e carbonio con rapporti di ordito/trama controllati e larghezze personalizzate. Il loro team di ingegneri può abbinare il modello di trama al processo di infusione o preimpregnato.

Tessuto in fibra aramidica ad alta temperatura per strati ignifughi Questo tessuto in para-aramide o meta-arammide mantiene l'integrità sopra i 200°C senza sciogliersi, offrendo un'arricciatura controllata per una traslazione di resistenza prevedibile. È adatto a barriere termiche e rinforzi strutturali in ambienti ad alto calore. Visualizza il prodotto →

Per laminazioni resistenti alle alte temperature e alla fiamma, la stessa fabbrica produce tessuto in aramide con intervalli di crimpatura controllati, che mantenendo prevedibile la traslazione della resistenza da rotolo a rotolo.

Tessuto ibrido aramide-carbonio in tinta unita 3K e twill Combinando la tenacità dell'aramide con la rigidità del carbonio in uno strato di tessuto, questo tessuto ibrido migliora la resistenza agli urti e le prestazioni alle alte temperature. Le sue varianti semplici o twill consentono regolazioni di drappeggiabilità e modulo, ideali per parti aerospaziali e automobilistiche. Visualizza il prodotto →

Verificare la crimpatura e il peso areale rispetto ai valori consentiti dal progetto prima di ordinare volumi elevati. Un passaggio dal twill al satin con lo stesso peso areale può spostare il modulo del laminato del 5-10% migliorando al tempo stesso la drappeggiabilità, e questo cambiamento vale solitamente più di un piccolo cambiamento nel tipo di fibra.

Domande frequenti