當(dāng)你仔細(xì)觀察一段碳纖維或玻璃纖維管或板材，就會(huì)發(fā)現(xiàn)纖維并不總是一致的，復(fù)合材料管材和板材制造商會(huì)根據(jù)他們想要完成的成品，而使用具有不同方向的纖維。在這篇文章中，將會(huì)向大家介紹纖維方向如何影響碳纖維和玻璃纖維管材的性能；特定特性通常是特定應(yīng)用的理想選擇。在本文結(jié)束時(shí)，你將會(huì)了解如何為自己的目標(biāo)產(chǎn)品選擇正確的纖維方向。
纖維的取向可以在0°到180°之間的任一方向上定向，盡管纖維取向超過90°通常被稱為負(fù)角度值，例如135°纖維角度等于-45°角度。目前市場上的大多數(shù)碳纖維和玻璃纖維管都采用了兩種或多種方向的組合：
- 0°—零度纖維角度是最常用的方向。當(dāng)纖維與載荷方向一致時(shí)，它們是最強(qiáng)和最硬的。在管道上，零度方向沿管道長度方向，有助于彎曲剛度和強(qiáng)度。
- 90°—當(dāng)需要雙向彎曲時(shí)，會(huì)使用90°纖維角。在管中，90度纖維沿管的圓周定向。它們有助于防止管子在加載時(shí)壓碎或彎曲。
- ±45°—45度角通常與零度和90度層結(jié)合使用，以形成準(zhǔn)各向同性鋪層。正45度層幾乎總是與負(fù)45度層相鄰。在管上使用時(shí)，45度的層有助于扭轉(zhuǎn)剛度和強(qiáng)度。
機(jī)織纖維通常被稱為具有0/90度的纖維角度，因?yàn)樵趦蓚€(gè)方向上都有纖維。一些編織材料可以包含更多的纖維方向，例如三軸織物在三個(gè)方向上具有纖維，并且通常自身是準(zhǔn)各向同性的。
碳纖維或玻璃纖維鋪層材料的纖維取向影響著其從管子到太空船等各種材料的性能。加工商在設(shè)計(jì)過程中必須考慮這些特性。下面我們將解釋三種常見的纖維取向是如何影響性能：
- 0°方位：如果一個(gè)部件只在一個(gè)方向上加載，那么理想的情況是所有的纖維都朝著那個(gè)方向。拉擠桿和管材是只包含0°纖維的零部件示例。由于大多數(shù)零件并非僅在一個(gè)方向上加載，需要添加其他角度以最大化強(qiáng)度。一個(gè)只看到彎曲而沒有扭曲的管子仍然可能從一些額外的纖維角度中受益。添加90°層有助于管更好地保持其形狀，從而不會(huì)過早彎曲。
- 90°方位：如上所述，通常在管道中添加90°層，使其更耐彎曲和擠壓。壓力容器中也可以發(fā)現(xiàn)高比例的90°或“箍”層。由于力是試圖擴(kuò)大壓力容器中的管道，因此90°層抵抗力最好。當(dāng)90°層與板中的0°層結(jié)合使用時(shí)稱為雙向。使用編織布可以很容易地在0°和90°方向上快速構(gòu)建零件。
- ±45°方位：45°層根據(jù)應(yīng)用的不同而有不同的用途。你幾乎總是會(huì)看到+45°與-45°層相鄰，這是為了保持層壓板“平衡”，避免在加載時(shí)發(fā)生強(qiáng)力扭轉(zhuǎn)。當(dāng)45°層用于已經(jīng)包含0°和90°層的等量混合的板時(shí)，該板變?yōu)闇?zhǔn)各向同性。雙向板在兩個(gè)方向上具有相等的性質(zhì)，而準(zhǔn)各向同性板在任何方向上具有準(zhǔn)相等的性質(zhì)。在管中，45°層起到增加扭轉(zhuǎn)強(qiáng)度和剛度的作用。這是因?yàn)楫?dāng)管子被扭曲時(shí)，作用在層壓材料上的力實(shí)際上是45度。一些層壓板將使用45°以外的角度作為彎曲、壓碎和扭轉(zhuǎn)性能之間的折衷。由于0°層不可能在纖維纏繞管上使用，因此通常使用10°或15°層來代替。
現(xiàn)在，你應(yīng)該大體了解了每種纖維取向是如何影響性能的，就可以選擇正確的鋪層。如果你需要一個(gè)在各種條件下都能工作的管子，雙向疊層是理想的選擇。
如果你需要一個(gè)在扭轉(zhuǎn)方面表現(xiàn)良好的管子，選擇一個(gè)具有更多45°層的產(chǎn)品；而如果你需要快速增加厚度，編織材料則是一個(gè)不錯(cuò)的選擇。
