カーボンファイバーやグラスファイバーのチューブやプレートの一部をよく見ると、ファイバーが異なる特定の方向に向いていることがわかります。さまざまなスタイルのチューブを比較すると、繊維の方向 (配向とも呼ばれます) が常に均一ではないことに気づくかもしれません。複合チューブとプレートのメーカーは、最終製品で何を達成したいかに応じて、さまざまな方向を使用します。
この投稿では、繊維の方向がカーボンファイバーとグラスファイバーチューブの特性にどのような影響を与えるかを説明します。多くの場合、特定の特性は特定の用途に最適です。この投稿を最後まで読むと、繊維配向がチューブにどのような影響を与えるか、プロジェクトに適切な繊維配向を選択する方法がわかるようになります。
上位 3 つの繊維方向
繊維は 0 度から 180 度までの任意の方向に配向できますが、90 度を超える繊維配向は通常、負の角度値と呼ばれます。たとえば、135 度のファイバー角度は -45 度の角度と等しくなります。現在市場にあるほとんどのカーボンファイバーおよびグラスファイバーチューブは、次の方向の 2 つ以上を組み合わせて使用されています。
0 度 - 0- 度の繊維角度は、最も頻繁に使用される方向です。繊維が荷重の方向に配向されている場合、繊維は最も強く、最も剛性が高くなります。チューブでは、0- 度の方向がチューブの長さに沿っており、曲げ剛性の強さに寄与します。
90 度 - 90 度のファイバー角度は、両方向に曲げる必要がある場合に使用されます。チューブ内では、90 度の繊維がチューブの周囲に配向されています。-荷重がかかったときにチューブが潰れたり座屈したりするのを防ぎます。
±45 度 - 40{2}}5- 度の角度は、準-等方性レイアップを作成するために、0 度および 90 度のプライと組み合わせてよく使用されます。-正の 445- 層は、ほとんどの場合、負の 45{9}}- 層に隣接してペアになります。チューブに使用すると、40{12}}5- 度の層がねじれの剛性と強度に貢献します。
織られた繊維は、両方の方向に繊維が存在するが単一のピースであるため、繊維角度が 0/90 度であるとよく言われます。一部の織物素材には、さらに多くの繊維方向が含まれる場合があります。たとえば、三軸織りには 3 つの方向に繊維があり、通常それ自体が準等方性です。-
繊維の方向が特性に与える影響
カーボンファイバーやグラスファイバーのレイアップにおける繊維の配向方法は、チューブから宇宙船に至るまであらゆるものを製造する際の特性に影響します。{0}}建築者は設計プロセス中にこれらの特性を考慮する必要があります。以下では、一般的な繊維配向のそれぞれが特性にどのような影響を与えるかを説明します。
1. 0度のオリエンテーション
部品が一方向にのみ荷重される場合は、すべてのファイバーをその方向に向けるのが理想的です。引抜成形されたロッドとチューブは、0 度の繊維のみを含む部品の例です。ほとんどの部品は一方向のみに荷重がかかるわけではないため、強度を最大化するために他の角度を追加する必要があります。曲げのみが発生し、ねじれが見られないチューブでも、ファイバー角度をいくつか追加することで恩恵を受ける可能性があります。 90 度の層を追加すると、チューブの形状がより適切に維持され、早期に座屈することがなくなります。
2. 90度のオリエンテーション
前述したように、座屈や潰れに対する耐性を高めるために、チューブに 90 度の層が追加されることがよくあります。高濃度の 90 度層または「フープ」層が圧力容器内にも見られることがあります。力は圧力容器内の管を拡大しようとするため、90度の層が力に最もよく抵抗します。プレート内で 90 度のレイヤーが 0 度のレイヤーと組み合わせて使用される場合、それは双方向と呼ばれます。織布を使用すると、0 度方向と 90 度方向の両方でファイバーを使用して部品を迅速に構築する簡単な方法になります。
3. ±45 度の方向
45 度の層は、用途に応じてさまざまな目的に役立ちます。ほとんどの場合、+45 度が -45 度レイヤーに隣接してペアになっていることがわかります。これは、ラミネートの「バランス」を保ち、負荷がかかったときに無理にねじれないようにするためです。 0 度層と 90 度層が等しく混合されたプレートに 45 度層を使用すると、プレートは準-等方性になります。双方向プレートは 2 つの方向で同等の特性を持ちますが、準-等方性プレートはどの方向でも準-の特性を持ちます。チューブ内では、45 度の層がねじり強度と剛性を高める役割を果たします。それは、チューブがねじられると、ラミネートに作用する力が実際には 45 度になるからです。-一部のラミネートでは、曲げ、潰れ、ねじり性能の妥協点として 45 度以外の角度が使用されます。フィラメント巻きチューブでは 0 度の層は使用できないため、代わりに 10 度または 15 度の層が使用されるのが一般的です。
正しい繊維方向の選択
各繊維配向が特性にどのような影響を与えるかを理解したので、適切なレイアップを選択できます。さまざまな条件で機能するチューブが必要な場合は、双方向レイアップが理想的です。ツイスト性能に優れたチューブが必要な場合は、45 度の層が多い製品を選択してください。すぐに厚みを増やす必要がある場合は、織物素材が適している可能性があります。
Xinbo Composite は、ほぼすべての需要を満たすレイアップ付きのプレートとチューブを提供しています。プロジェクトにカスタムまたはエンジニアリングされたレイアップが必要な場合は、電話または電子メールでご連絡ください。繊維配向が部品の性能に与える影響についてさらにご質問がございましたら、当社のカスタマー サービス担当者が喜んでお手伝いいたします。
