Karbonová netkaná textilie: vlastnosti, výroba a využití

Karbonová netkaná textilie je lehký výztužný materiál z uhlíkových vláken, který se používá především k výrobě kompozitních dílů a forem, k infuzní technologii i k lisování s termoplasty nebo epoxidovými fóliemi. Díky snadnému tvarování, stlačitelnosti a vysokému obsahu uhlíkových vláken umožňuje vyrábět lehké konstrukce s vysokou pevností v tahu i ohybu.

Netkaná textilie se dá využít jako výztuž pro výrobu kompozitních dílů nebo pro výrobu forem. Ideální pro infuzní technologii výroby kompozitu nebo pro lisování s termoplasty či epoxidovými fóliemi. Výborně se používá na větší kompozitní díly, pro docílení vysokých pevností v tahu i ohybu.

Co je karbonová netkaná textilie

Karbonová netkaná textilie je plošný materiál vytvořený z uhlíkových vláken, která nejsou uspořádána do klasické tkané osnovy a útku. Jednotlivá vlákna tvoří volnější vláknitou strukturu, díky níž se materiál snadno přizpůsobuje tvaru podkladu, dobře se prosycuje pryskyřicí a může se kombinovat s dalšími výztužnými materiály.

Rádi bychom Vám představili netkanou textilii s recyklovaným uhlíkovým vláknem, která se vyrábí z výrobního odpadu či z kompozitů po ukončení životnosti a šetří tím životní prostředí. Netkaná textilie se dá využít jako výztuž pro výrobu kompozitních dílů nebo pro výrobu forem.

Uhlíková vlákna poskytují vysokou měrnou pevnost a tuhost při nízké hmotnosti. Netkaná struktura současně dovoluje materiál snadno dělit, přizpůsobovat složitým povrchům a ukládat do vrstev podle požadované konstrukce.

Typické parametry materiálu

Parametry produktu: Gramáž 200g/m2 Délka vlákna >50mm Obsah uhlíkových vláken > 95%.

Konkrétní vlastnosti výsledného kompozitu však nezávisí pouze na gramáži a obsahu uhlíkových vláken. Významnou roli má také orientace vláken, počet vrstev, použitá pryskyřice, způsob prosycení, tlak při lisování a geometrie formy.

Hlavní vlastnosti karbonové netkané textilie

Lehkost a vysoká pevnost

Ideální pro snížení hmotnosti vašich výrobků a zachování co nejvyšší pevnosti. Díky vynikajícím vlastnostem netkaných textilií z uhlíkových vláken se dá jejich využitím vyrobit kompozit, který hravě nahradí hliníkové slitiny, zejména s ohledem na mechaniku.

Výborně se používá na větší kompozitní díly, pro docílení vysokých pevností v tahu i ohybu. Uhlíková výztuž proto nachází uplatnění tam, kde je důležité spojit nízkou hmotnost s mechanickou odolností.

Snadné zpracování

Je snadno stlačitelná, finální tloušťku výrobku definuje zejména forma. Tato vlastnost usnadňuje ukládání materiálu do formy a umožňuje přizpůsobit výslednou tloušťku konstrukce konkrétnímu výrobnímu postupu.

Netkaná textílie má výhodu především ve velmi snadném nanášení i na složité tvary. Snadno se střihá, nedochází k roztřepení okrajů.

Kompatibilita s pryskyřicemi

Skvěle funguje s epoxidovými pryskyřicemi. K nalepení používejte např. laminovací pryskyřici, např. Eze Kote, Eze Dope nebo Aeropoxy.

Pro výrobu konstrukčních kompozitů je důležité, aby pryskyřice dobře pronikla mezi vlákna a vytvořila souvislou matrici. Při nedostatečném prosycení mohou ve vrstvě zůstat suchá místa, která snižují výslednou pevnost.

Možnost kombinování s dalšími výztužemi

Dá se kombinovat se sekanými vlákny nebo se skelnými vlákny či tkaninami, nebo také s kevlarem (aramidovými vlákny). Kombinací různých výztuží lze využít jejich rozdílné mechanické vlastnosti v jedné kompozitní konstrukci.

Karbonová netkaná textilie může tvořit samostatnou výztužnou vrstvu nebo doplňovat tkaniny, rohože a další typy vláknitých materiálů. Volba skladby závisí na požadované pevnosti, tuhosti, rázové odolnosti a hmotnosti výrobku.

Využití v kompozitní výrobě

Výroba kompozitních dílů

Netkaná textilie se dá využít jako výztuž pro výrobu kompozitních dílů nebo pro výrobu forem. Ideální pro infuzní technologii výroby kompozitu nebo pro lisování s termoplasty či epoxidovými fóliemi.

Kompozit vzniká spojením vláknité výztuže a pojivové matrice. Uhlíková vlákna přenášejí značnou část mechanického zatížení, zatímco pryskyřice drží vlákna ve stanovené poloze a přenáší zatížení mezi jednotlivými vlákny.

Infuzní technologie

Ideální pro infuzní technologii výroby kompozitu. Při tomto způsobu výroby se suchá výztuž nejprve uloží do formy a následně se prosycuje pryskyřicí, která proudí vláknitou strukturou.

Netkaná struktura může být výhodná zejména u větších nebo tvarově složitých dílů, protože se snadno přizpůsobuje povrchu formy. Kvalita výsledku závisí na rovnoměrném uložení materiálu a na úplném prosycení celé výztužné vrstvy.

Lisování s termoplasty a epoxidovými fóliemi

Materiál je vhodný také pro lisování s termoplasty či epoxidovými fóliemi. Při lisování určuje výsledný tvar především forma, která současně ovlivňuje konečnou tloušťku a kompaktnost vrstvy.

Je snadno stlačitelná, finální tloušťku výrobku definuje zejména forma. Tato vlastnost umožňuje upravit objem výztuže tlakem a přizpůsobit materiál dutině formy.

Výroba forem

Karbonová netkaná textilie se používá také pro výrobu forem. Výhodou je nízká hmotnost výztuže, snadné ukládání a možnost vytvořit tvarově přesnou kompozitní konstrukci.

U forem je důležitá nejen pevnost, ale také rozměrová stabilita, odolnost proti opakovanému používání a kompatibilita s výrobním postupem. Vhodná skladba uhlíkové výztuže může pomoci omezit deformace při manipulaci nebo při zatížení formy.

Výztuž měkkých a lehkých materiálů

Speciálně vyvinutá netkaná uhlíková textílie pro zpevnění měkkých povrchů jako je balsa a pěnové materiály. Netkaná textílie má výhodu především ve velmi snadném nanášení i na složité tvary.

Uplatnění proto nachází při zpevňování tenkých, lehkých nebo snadno deformovatelných dílů. Materiál lze přiložit na povrch a spojit s ním laminovací pryskyřicí.

Není určen jako náhrada potahových materiálů! Jeho funkcí je především lokální nebo plošné zpevnění podkladu, nikoli vytvoření samostatného povrchového potahu.

Příklad lehké karbonové textilie

Uhlíková tkanina 10g/m2 - DM-BD62 je speciálně vyvinutá netkaná uhlíková textílie pro zpevnění měkkých povrchů jako je balsa a pěnové materiály.

Doporučené použití Zesílení křídel. Zesílení podvozku Zesílení ocasních ploch.

Použití v modelářství

Netkaná uhlíková textilie je vhodná pro zpevnění křídel, podvozků a ocasních ploch. Díky snadnému stříhání a nanášení se hodí pro díly s nepravidelným nebo zakřiveným povrchem.

K nalepení používejte např. laminovací pryskyřici, např. Eze Kote, Eze Dope nebo Aeropoxy. Při aplikaci je důležité uhlíkovou textilii rovnoměrně přitlačit k podkladu a zajistit její dobré spojení s pryskyřicí.

Snadno se střihá, nedochází k roztřepení okrajů. To usnadňuje přípravu menších záplat i přesně tvarovaných výztužných dílů.

Recyklované uhlíkové vlákno

Netkaná textilie s recyklovaným uhlíkovým vláknem se vyrábí z výrobního odpadu či z kompozitů po ukončení životnosti a šetří tím životní prostředí.

Recyklované uhlíkové vlákno umožňuje využít materiál, který by jinak mohl skončit jako výrobní odpad. Jeho použití spojuje výztužnou funkci uhlíkového vlákna s úsilím o účinnější využívání materiálových zdrojů.

U recyklovaných vláken mohou být důležité zejména délka vláken, jejich rozložení v ploše a způsob zpracování původního kompozitu. Tyto vlastnosti ovlivňují soudržnost vrstvy, prosycování i výsledné mechanické chování kompozitu.

Rozdíl mezi karbonovou netkanou textilií a uhlíkovou tkaninou

Karbonová netkaná textilie se liší od klasické uhlíkové tkaniny způsobem uspořádání vláken. U tkaniny jsou vlákna pravidelně propojena v osnově a útku, zatímco u netkané textilie vytvářejí plošnou vláknitou vrstvu bez klasického tkaní.

Netkaná struktura se snadno přizpůsobuje složitým tvarům a snadno se střihá. Tkaná uhlíková výztuž může poskytovat přesněji definovanou orientaci vláken, zatímco netkaná textilie je vhodná tam, kde je prioritou přizpůsobivost, rychlá aplikace a rovnoměrné plošné zpevnění.

Volba mezi netkanou a tkanou výztuží závisí na požadované mechanické funkci, geometrii dílu, výrobní technologii a způsobu zatížení. V jedné konstrukci se mohou oba typy materiálu také kombinovat.

Jak karbonovou netkanou textilii zpracovat

Příprava podkladu

Podklad musí být čistý, suchý a zbavený nečistot, které by bránily spojení s pryskyřicí. U měkkých materiálů je vhodné nejprve ověřit, zda podklad vydrží tlak a manipulaci při laminování.

Stříhání a tvarování

Netkaná textílie se snadno stříhá, nedochází k roztřepení okrajů. Díky tomu lze připravit pásy, záplaty i větší plošné výztuže podle tvaru výrobku.

Při ukládání na složité povrchy je vhodné materiál přizpůsobovat postupně, aby nevznikaly záhyby a dutiny. U větších dílů se jednotlivé kusy mohou ukládat s návazností podle požadované skladby vrstev.

Nanášení pryskyřice

Skvěle funguje s epoxidovými pryskyřicemi. K nalepení používejte např. laminovací pryskyřici, např. Eze Kote, Eze Dope nebo Aeropoxy.

Pryskyřice musí proniknout mezi vlákna a vytvořit souvislé spojení s podkladem. Nadbytečné množství pojiva může zvyšovat hmotnost výrobku, zatímco nedostatečné prosycení může zanechat suchá místa a oslabit kompozit.

Lisování a vytvrzení

Je snadno stlačitelná, finální tloušťku výrobku definuje zejména forma. Při lisování se materiál přizpůsobí dutině formy a po vytvrzení vytvoří výztužnou kompozitní vrstvu.

Výsledné vlastnosti ovlivňuje způsob vytvrzení použité pryskyřice, teplota, tlak a doba zpracování. Přesné podmínky se řídí konkrétním pojivem a zvolenou technologií.

Vztah mezi gramáží, tloušťkou a pevností

Gramáž vyjadřuje plošnou hmotnost materiálu. Vyšší gramáž zpravidla znamená větší množství uhlíkových vláken na jednotku plochy, ale konečná tloušťka kompozitu závisí také na stlačení ve formě a na množství pojiva.

Vyšší počet vrstev může zvýšit pevnost a tuhost výrobku, avšak současně zvyšuje jeho hmotnost. Při návrhu je proto důležité hledat vhodný poměr mezi množstvím výztuže, mechanickými vlastnostmi a požadovanou hmotností konstrukce.

Uhlíková výztuž se používá zejména tam, kde je důležité dosáhnout vysokých pevností v tahu i ohybu při zachování co nejnižší hmotnosti. Výsledný kompozit však vždy závisí na celkové skladbě a kvalitě výrobního procesu.

Možnosti kombinace materiálů

Dá se kombinovat se sekanými vlákny nebo se skelnými vlákny či tkaninami, nebo také s kevlarem (aramidovými vlákny).

• Uhlíková vlákna přispívají k vysoké tuhosti a nízké hmotnosti.
• Skelná vlákna či tkaniny lze použít jako další výztužnou vrstvu v kompozitní skladbě.
• Sekaná vlákna mohou doplnit plošnou výztuž v místech s odlišnými požadavky na tvar nebo zpracování.
• Kevlar neboli aramidová vlákna lze kombinovat s uhlíkovou výztuží v konstrukcích, kde je důležitá rozdílná mechanická funkce jednotlivých vrstev.

Volba kombinace musí vycházet z požadovaných vlastností výsledného dílu. Uspořádání vrstev, jejich orientace a vzájemné spojení ovlivňují pevnost v tahu, ohybu i odolnost celé konstrukce.

Další vlastnosti netkaných textilií důležité pro výrobu

Konečné vlastnosti netkaných textilií mohou výrazně ovlivnit použité polymery. Každý homopolymer má své specifické vlastnosti a běžně využívaná možnost přípravy různých kopolymerů přináší velkou škálu nových vlastností a jejich kombinací.

V průmyslovém oboru je dobře známo několik způsobů, kterými lze dosáhnout zejména zvýšené měkkosti a zlepšeného omaku hotového materiálu. U kompozitní karbonové textilie však bývají důležitější zejména plošná hmotnost, délka vláken, jejich rozložení, stlačitelnost a kompatibilita s pojivem.

Vlastnosti netkaného materiálu lze ovlivňovat také způsobem vrstvení vláken, hustotou vláken, uspořádáním a velikostí vláken nebo použitým způsobem pojení. Tyto faktory mohou ovlivnit objemnost, pevnost, poddajnost a schopnost materiálu přizpůsobit se formě.

Výrobní principy netkaných textilií

V průmyslovém oboru je dobře známo, že konečné vlastnosti netkaných textilií vyráběných za použití termoplastického pojení lze významnou měrou ovlivňovat použitím vhodného vzoru, ve kterém jsou uspořádány pojící body nebo pojící vtisky, stejně jako celkovou pojící plochou a jejich uspořádáním v rovině do daného vzoru.

Zvolením vhodných parametrů tohoto vzoru je možno za použití téhož vstupního materiálu vyrábět například jak pevnou, kompaktní textilii, která je odolná proti otěru, tak i objemnou textilii se zlepšenou měkkostí.

Jeden z přístupů ke zlepšení vnímané měkkosti netkané textilie například zahrnoval prosté zvýšení plošné hmotnosti textilie, která se jinak vyráběla za použití známého postupu spunlaid/spunbond, který zahrnuje vytvoření vrstvy volných vláken pod tryskou a/nebo tryskami a její následné pojení odpovídající požadovanému vzoru pomocí kalandru.

Protože všechny ostatní proměnné zůstávají konstantní, projeví se zvýšení plošné hmotnosti takové textilie zvýšením počtu vláken připadajícího na jednotku plochy a v souladu s tím i zvětšením zdánlivé tloušťky textilie, zvýšením hustoty vláken a/nebo zlepšením omaku.

Vliv pojení a struktury na výsledný materiál

Další známý způsob spočívá v omezení celkové pojící plochy materiálu a ve zvýšení podílu takzvaných volných vláken. Tímto způsobem lze vyrábět měkký, objemný materiál, avšak za cenu podstatné ztráty jeho pevnosti.

Z tohoto důvodu se pozornost zaměřuje na tvar jednotlivých pojících bodů, který může zvýšit pevnost materiálu. Plocha vazby přitom představuje přibližně 20% celkové plochy textilie.

Další strategie je názorně vyložena například v dokumentu W09411186 zveřejněném v roce 1994, kde pojící body tvoří obvod pravidelných šestiúhelníků uspořádaných ve struktuře podobné voštinovému schématu.

Kombinace protáhlých pojících bodů s vypouklými ohraničeními těchto pojících bodů je popsána například v dokumentu WO2008/129138 zveřejněném v roce 2008, kde obvod jednotlivých pojících bodů má navíc oválný tvar.

Proč samotná vyšší gramáž nemusí být ideální

Náklady na polymerový granulát, z něhož se vlákna tvoří, však představuje významnou položku celkových nákladů při výrobě netkaných textilií z polymerových vláken. Vyšší plošná hmotnost netkané textilie je tedy spojena s větší spotřebou polymeru při výrobě a tudíž i s vyššími jednotkovými náklady.

Úsilí o zlepšení objemnosti a/nebo vnímané měkkosti prostřednictvím zvýšení plošné hmotnosti netkané textilie je tedy neslučitelné s trvale sledovaným cílem, kterým je zachování kontroly nad náklady nebo snižování těchto nákladů.

U uhlíkové netkané textilie je podobně důležité zvažovat množství výztuže vzhledem k požadované pevnosti a hmotnosti výrobku. Přidání dalších vrstev může zvýšit mechanické vlastnosti, ale nemusí být nejefektivnějším řešením pro každou konstrukci.

Bezpečnost a praktická manipulace

Při práci s uhlíkovými vlákny je vhodné zabránit uvolňování vláken do okolí a používat odpovídající ochranné pomůcky. Při stříhání, ukládání a prosycování je třeba udržovat pracovní plochu čistou a omezit vznik volných částic.

Při práci s laminovacími pryskyřicemi je nutné respektovat pokyny pro jejich použití. Důležité je také zajistit dostatečné větrání a zabránit kontaktu pryskyřice s pokožkou.

Netkaná uhlíková textilie je výztužný materiál a její vhodnost pro konkrétní výrobek závisí na návrhu konstrukce, zvoleném pojivu a výrobní technologii. Samotné použití uhlíkových vláken automaticky nezaručuje požadovanou pevnost bez správného uložení a prosycení.

Rozlišení od zahradních netkaných textilií

Netkané textilie jsou vhodné jako podklad při mulčování. Zabraňují růstu plevele, čímž vám ušetří spoustu práce při mechanickém pletí záhonů.

Tyto zahradní materiály však nejsou karbonovou netkanou textilií. Netkaná zakrývací textilie se vyrábí technologií spunbond ze 100% polypropylenu a používá se především k ochraně rostlin před mrazem, větrem a škůdci.

Černé a hnědé netkané textilie slouží jako mulčovací vrstva, zatímco karbonová netkaná textilie je určena jako výztuž pro kompozitní díly a formy. Rozdíl je tedy nejen v barvě, ale hlavně v materiálu vláken, účelu použití a výsledných mechanických vlastnostech.

Orientace při výběru karbonové netkané textilie

• Určujícími parametry materiálu jsou gramáž, délka vláken, obsah uhlíkových vláken a způsob jejich uspořádání.
• Pro větší kompozitní díly je důležitá možnost snadného ukládání a rovnoměrného prosycení.
• Pro zpevňování měkkých povrchů je výhodná nízká hmotnost a snadná aplikace na složité tvary.
• Pro lisování je důležitá stlačitelnost a kompatibilita s formou.
• Pro infuzní výrobu je důležitá schopnost pryskyřice proniknout celou vláknitou strukturou.
• Při kombinaci se sklem, aramidem nebo sekanými vlákny je třeba zohlednit funkci každé vrstvy v kompozitu.

Ideální pro snížení hmotnosti vašich výrobků a zachování co nejvyšší pevnosti. Díky vynikajícím vlastnostem netkaných textilií z uhlíkových vláken se dá jejich využitím vyrobit kompozit, který hravě nahradí hliníkové slitiny, zejména s ohledem na mechaniku.

tags: #karbonova #netkane #textilie