Dai un'occhiata da vicino a una sezione della piastra tubolare in fibra di carbonio o fibra di vetro e vedrai che le fibre vanno in direzioni diverse e specifiche. Confrontando diversi stili di tubi potresti notare che la direzione delle fibre, nota anche come orientamento, non è sempre uniforme. I produttori di tubi e piastre compositi utilizzano orientamenti diversi a seconda di ciò che vogliono ottenere con il prodotto finito.
In questo post, spiegheremo come la direzione della fibra influenza le proprietà dei tubi in fibra di carbonio e fibra di vetro. Le proprietà specifiche sono spesso ideali per applicazioni specifiche. Alla fine di questo post saprai come l'orientamento della fibra influisce sul tubo e come scegliere il giusto orientamento della fibra per il tuo progetto.
I TRE PRINCIPALI ORIENTAMENTI DELLA FIBRA
Le fibre possono essere orientate in qualsiasi direzione tra 0° e 180°, sebbene l'orientamento della fibra oltre i 90° sia generalmente indicato come valore dell'angolo negativo. Ad esempio, un angolo di fibra di 135° è uguale a un angolo di -45°. La maggior parte dei tubi in fibra di carbonio e fibra di vetro oggi sul mercato utilizza una combinazione di due o più di questi orientamenti:
0° - L'angolo della fibra a zero gradi è l'orientamento più utilizzato. Quando le fibre sono orientate nella direzione del carico sono le più resistenti e rigide. Sul tubo, la direzione zero gradi è lungo la lunghezza del tubo e contribuisce alla resistenza alla flessione.
90° - L'angolo della fibra di novanta gradi viene utilizzato quando è richiesta la piegatura in entrambe le direzioni. In un tubo le fibre a novanta gradi sono orientate nella circonferenza del tubo. Aiutano a mantenere il tubo dallo schiacciamento o dall'instabilità quando caricato.
±45° - Gli angoli di quarantacinque gradi sono spesso usati in combinazione con strati di zero e novanta gradi per creare un layup quasi isotropico. Uno strato positivo di quarantacinque gradi è quasi sempre accoppiato adiacente a uno strato negativo di quarantacinque gradi. Quando vengono utilizzati su un tubo, gli strati di 45 gradi contribuiscono a torcere rigidità e resistenza.
La fibra tessuta viene spesso definita avente un angolo di fibra di 0/90 gradi poiché ci sono fibre in entrambe le direzioni, ma in un unico pezzo. Alcuni materiali tessuti possono contenere anche più direzioni di fibra; per esempio, le armature triassiali hanno fibre in tre direzioni e di solito sono quasi isotropiche da sole.
L'EFFETTO DELL'ORIENTAMENTO DELLA FIBRA SULLE PROPRIETÀ
Il modo in cui le fibre sono orientate in un layup di fibra di carbonio o fibra di vetro influenza le sue proprietà per realizzare qualsiasi cosa, dai tubi alle astronavi. I costruttori devono considerare tali proprietà durante il processo di progettazione. Di seguito spiegheremo come ciascuno degli orientamenti comuni delle fibre influisca sulle proprietà.
1. ORIENTAMENTO 0°
Se una parte verrà caricata solo in una direzione, è ideale che tutte le fibre siano orientate in quella direzione. L'asta e il tubo pultrusi sono esempi di una parte che contiene solo fibre a 0°. Poiché la maggior parte delle parti non viene caricata in una sola direzione, è necessario aggiungere altri angoli per massimizzare la resistenza. Un tubo che vede solo piegarsi e non torcersi trarrebbe comunque beneficio da alcuni angoli di fibra aggiuntivi. L'aggiunta di strati a 90° aiuta il tubo a mantenere meglio la sua forma in modo che non si pieghi prematuramente.
2. ORIENTAMENTO A 90°
Come accennato in precedenza, spesso ai tubi vengono aggiunti strati a 90° per renderli più resistenti all'instabilità e allo schiacciamento. Alte concentrazioni di strati a 90° o “a cerchio” si possono trovare anche nei recipienti a pressione. Poiché la forza sta cercando di allargare il tubo in un recipiente a pressione, gli strati di 90° resistono meglio alla forza. Quando si utilizzano strati a 90° in combinazione con strati a 0° in una piastra, si parla di bidirezionale. L'uso di un tessuto può essere un modo semplice per costruire rapidamente parti con fibra in entrambe le direzioni 0° e 90°.
3. ORIENTAMENTO ±45°
Gli strati a 45° servono a scopi diversi a seconda dell'applicazione. Vedrai quasi sempre un 45° accoppiato adiacente a un livello -45°. Questo serve a mantenere il laminato "bilanciato" e a non torcersi con forza quando viene caricato. Quando si utilizzano strati di 45° in una lastra che contiene già una miscela uguale di strati di 0° e 90°, la lastra diventa quasi isotropa. Mentre una lamina bidirezionale ha proprietà uguali in due direzioni, una lamina quasi isotropa ha proprietà quasi uguali in qualsiasi direzione. In un tubo, gli strati a 45° svolgono il compito di aggiungere resistenza alla torsione e rigidità. Questo perché quando un tubo è attorcigliato, la forza che agisce sul laminato è in realtà di quarantacinque gradi. Alcuni laminati utilizzeranno angoli diversi da 45° come compromesso tra prestazioni di flessione, schiacciamento e torsione. Poiché gli strati di 0° non sono possibili sui tubi filamentosi, è comune vedere invece l'uso di strati di 10° o 15°.
SCEGLIERE IL GIUSTO ORIENTAMENTO DELLA FIBRA
Ora che sai come ogni orientamento della fibra influisce sulle proprietà, puoi scegliere il giusto layup. Se hai bisogno di un tubo che funzioni in un'ampia varietà di condizioni, un layup bidirezionale è l'ideale. Se hai bisogno di un tubo che funzioni bene nella torsione, scegli un prodotto con più strati di 45°. Se hai bisogno di aumentare rapidamente lo spessore, un materiale intrecciato potrebbe essere una buona scelta.
Xinbo Composite offre lastre e tubi con layup per soddisfare quasi tutte le esigenze. Se hai bisogno di un layup personalizzato o ingegnerizzato per il tuo progetto, chiamaci o inviaci un'e-mail. Se hai altre domande su come l'orientamento della fibra influisce sulle prestazioni di una parte, i nostri rappresentanti del servizio clienti saranno lieti di aiutarti.
