Observe de cerca una sección de tubo o placa de fibra de carbono o fibra de vidrio y verá que las fibras van en direcciones diferentes y específicas. Al comparar diferentes estilos de tubos, es posible que observe que la dirección de la fibra, también conocida como orientación, no siempre es uniforme. Los fabricantes de placas y tubos compuestos utilizan diferentes orientaciones según lo que quieran lograr con el producto terminado.
En esta publicación, explicaremos cómo la dirección de la fibra influye en las propiedades de los tubos de fibra de carbono y fibra de vidrio. Las propiedades específicas suelen ser ideales para aplicaciones específicas. Al final de esta publicación sabrás cómo la orientación de las fibras afecta al tubo y cómo elegir la orientación de las fibras correcta para tu proyecto.
LAS TRES PRINCIPALES ORIENTACIONES DE FIBRA
Las fibras se pueden orientar en cualquier dirección entre 0 grados y 180 grados, aunque la orientación de las fibras más allá de 90 grados generalmente se denomina valor de ángulo negativo. Por ejemplo, un ángulo de fibra de 135 grados es igual a un ángulo de -45 grados. La mayoría de los tubos de fibra de carbono y fibra de vidrio del mercado actual utilizan una combinación de dos o más de estas orientaciones:
El ángulo de fibra de 0 grados - cero-grados es la orientación más utilizada. Cuando las fibras están orientadas en la dirección de la carga, son más fuertes y rígidas. En los tubos, la dirección de cero-grados es a lo largo del tubo y contribuye a la resistencia a la rigidez a la flexión.
Se utiliza un ángulo de fibra de 90 grados - Noventa- grados cuando se requiere doblar en ambas direcciones. En un tubo, las fibras de noventa-grados están orientadas en la circunferencia del tubo. Ayudan a evitar que el tubo se aplaste o se doble cuando se carga.
±45 grados - A menudo se utilizan ángulos de cuarenta-cinco-grados junto con capas de cero y noventa-grados para crear un laminado cuasi-isotrópico. Una capa positiva de cuarenta-cinco-grados casi siempre está emparejada junto a una capa negativa de cuarenta-cinco-grados. Cuando se utiliza en un tubo, las capas de cuarenta-cinco-grados contribuyen a la rigidez y resistencia a la torsión.
A menudo se hace referencia a que la fibra tejida tiene un ángulo de fibra de 0/90 grados, ya que hay fibras en ambas direcciones, pero en una sola pieza. Algunos materiales tejidos pueden contener incluso más direcciones de fibras; por ejemplo, los tejidos triaxiales tienen fibras en tres direcciones y suelen ser casi isotrópicos por sí mismos.
EL EFECTO DE LA ORIENTACIÓN DE LAS FIBRAS SOBRE LAS PROPIEDADES
La forma en que se orientan las fibras en un estrato de fibra de carbono o fibra de vidrio influye en sus propiedades para fabricar de todo, desde tubos hasta-naves espaciales. Los constructores deben considerar esas propiedades durante su proceso de diseño. A continuación explicaremos cómo cada una de las orientaciones comunes de las fibras afecta las propiedades.
1. 0 grado ORIENTACIÓN
Si una pieza solo se va a cargar en una dirección, lo ideal es tener todas las fibras orientadas en esa dirección. Las varillas y tubos pultruidos son ejemplos de piezas que contienen solo fibras de 0 grados. Dado que la mayoría de las piezas no se cargan en una sola dirección, necesitamos agregar otros ángulos para maximizar la resistencia. Un tubo que solo se dobla y no se retuerce probablemente aún se beneficiaría de algunos ángulos de fibra adicionales. Agregar capas de 90 grados ayuda al tubo a mantener mejor su forma para que no se doble prematuramente.
2. 90 grado ORIENTACIÓN
Como se mencionó anteriormente, a menudo se agregan capas de 90 grados a los tubos para hacerlos más resistentes al pandeo y al aplastamiento. También se pueden encontrar altas concentraciones de capas de 90 grados o de "aro" en los recipientes a presión. Dado que la fuerza intenta agrandar el tubo en un recipiente a presión, las capas de 90 grados resisten mejor la fuerza. Cuando se utilizan capas de 90 grados junto con capas de 0 grados en una placa, se denomina bidireccional. Usar tela tejida puede ser una manera fácil de construir rápidamente piezas con fibra en direcciones de 0 grados y 90 grados.
3. ORIENTACIÓN ±45 grados
Las capas de 45 grados sirven para diferentes propósitos según la aplicación. Casi siempre verás un grado de +45 emparejado junto a una capa de -45 grados. Esto es para mantener el laminado "equilibrado" y evitar que se tuerza con fuerza cuando se carga. Cuando se utilizan capas de 45 grados en una placa que ya contiene una mezcla igual de capas de 0 grados y 90 grados, la placa se vuelve cuasi-isotrópica. Mientras que una placa bidireccional tiene propiedades iguales en dos direcciones, una placa cuasi-isotrópica tiene propiedades casi-iguales en cualquier dirección. En un tubo, capas de 45 grados realizan el trabajo de agregar resistencia a la torsión y rigidez. Esto se debe a que cuando se tuerce un tubo, la fuerza que actúa sobre el laminado es en realidad de cuarenta-cinco grados. Algunos laminados utilizarán ángulos distintos de 45 grados como un compromiso entre el rendimiento de flexión, aplastamiento y torsión. Dado que las capas de 0 grados no son posibles en los tubos enrollados con filamento, es común ver que se utilizan capas de 10 o 15 grados en su lugar.
ELEGIR LA ORIENTACIÓN ADECUADA DE LAS FIBRAS
Ahora que sabe cómo afecta cada orientación de fibra a las propiedades, puede elegir la disposición correcta. Si necesita un tubo que funcione en una amplia variedad de condiciones, lo ideal es un diseño bidireccional. Si necesita un tubo que funcione bien al torcer, elija un producto con más capas de 45 grados. Si necesita aumentar el espesor rápidamente, un material tejido podría ser una buena opción.
Xinbo Composite ofrece placas y tubos con diseños para satisfacer casi cualquier demanda. Si necesita una disposición personalizada o diseñada para su proyecto, llámenos o envíenos un correo electrónico. Si tiene más preguntas sobre cómo la orientación de la fibra afecta el rendimiento de una pieza, nuestros representantes de servicio al cliente estarán encantados de ayudarle.
