1Kカーボンファイバープレーンウィーブ：その優れた強さと弾性率の背後にある秘密

の構造的基礎 1Kカーボンファイバープレーン織り ​
1Kカーボンファイバープレーンウィーブ、ここでの「1K」は、カーボンファイバー牽引が1000個のフィラメントで構成されていることを明確に示しています。一般的な3Kおよび12Kの炭素繊維と比較して、1Kカーボンファイバーのフィラメントは大幅に少なくなります。この基本的な特性は、その後の構造形成とルートからのパフォーマンスのパフォーマンスに大きな影響を与えます。 ​

1K/3K/12Kカーボンファイバープレーンウィーブファブリック
織りプロセスでは、比較的少数のフィラメントがあるため、各フィラメントは織り構造のスペースを増やすことができ、それにより、より定期的かつ整然とした配置を実現できます。プレーンウィーブプロセスが採用されると、ワープ糸と横糸糸は、1つのアップと1つの織りのルールに厳密に続き、互いに前後にシャトルします。この厳密で通常の織りパターンは、最終的に1K炭素繊維プレーン織りの非常に細かく繊細なテクスチャ構造を作成します。その布の表面は、まるで、均一でタイトなテクスチャーを備えたトップの職人によって慎重に刻まれた芸術作品であり、ほとんど明らかなギャップや欠陥がないかのように、繊細で滑らかなテクスチャーを提供します。
このユニークな微細構造は、強度と弾性率の点で1K炭素繊維プレーン織りのその後の並外れた性能のための強固な基礎を築きます。タイトで定期的な繊維配置により、内部構造欠陥の確率が大幅に低下するため、外力にさらされると、繊維に沿ってストレスが効率的かつ均等に伝達され、局所的なストレス濃度によって引き起こされる構造的損傷を効果的に回避し、複雑なストレス環境下で構造的完全性を維持するための強力な保証を提供します。 ​

パフォーマンスに対する生産プロセスの影響
（i）炭素繊維生産リンク
原材料の前処理：1K炭素繊維の生産は、高品質の原材料の厳格なスクリーニングから始まります。ポリアクリロニトリル繊維、アスファルト繊維、またはビスコース繊維は通常、初期原材料として選択されます。これらの原材料の品質は、最終的な炭素繊維の品質に直接関係しています。正式な生産プロセスに入る前に、複数の細かい前処理プロセスを経る必要があります。パン繊維を例にとると、まず、化学物質の洗浄、ろ過、その他の手段を介して繊維表面に付着した不純物、油の汚れ、および繊維表面に付着した不純物のモノマーを除去するために厳密に処理する必要があります。このステップは、繊維構造の安定性とその後の炭化プロセス中の性能の均一性に不可欠です。不純物の存在は、炭化中に局所的な欠陥を引き起こし、炭素繊維の強度と弾性率に深刻な影響を与える可能性があります。 ​
炭化プロセス制御：炭化は、前処理された繊維を炭素繊維に変換する際のコアリンクです。このプロセスの温度、圧力、時間などの重要なパラメーターの正確な制御は芸術です。 1K炭素繊維の場合、単一のフィラメントの直径が薄いため、炭化プロセス中のプロセス制御の精度要件は、高k炭素繊維と比較してほぼ厳しいです。 ​
暖房段階では、温度を非常に遅く均一な速度で所定の範囲に上げる必要があります。これは、加熱速度が速すぎると、繊維内の熱応力が急激に増加し、繊維の破損または内部構造変形を引き起こす可能性があるためです。温度が特定の炭化範囲に達すると、繊維内で複雑な化学変化が発生し、非炭素元素がガスの形で徐々に脱出し、炭素元素が再配置および結晶化して、高度に向いたグラファイト微結晶構造を形成し始めます。このプロセスでは、圧力環境の正確な制御は、炭素元素の整然とした配置を促進し、炭素繊維の結晶化度と方向を改善するのに役立ちます。同時に、炭化時間は数時間続き、特定の期間は原材料の特性とターゲット製品の性能に依存します。正確な時間制御は、炭化反応が十分かつ中程度であることを保証し、炭素繊維のパフォーマンスの低下につながり、繊維の脆性が増加するのを防ぐ不完全な反応を回避します。このような細かい炭化プロセス制御により、1K炭素繊維は高品質の微細構造を形成し、その後の織り布に織り込み、複合材料を作るための固体性能基盤を築くことができます。 ​

（ii）織りプロセスの最適化
機器の精度保証：1Kカーボンファイバーをプレーンクロスに織り込む過程で、高度な高精度織り機器が重要な役割を果たします。このタイプの機器には、ワープ糸と横糸の織物を非常に正確に制御できる洗練されたモーション制御システムが装備されています。電子ジャクードテクノロジーは、プリセットウィービングパターンに従って、各ワープ糸のリフティングと低下の動きを正確に制御し、横糸との正確な織り方を確保することができます。同時に、張力センサーは糸の張力の変化をリアルタイムで監視し、自動調整デバイスを使用して張力を動的に調整するため、織り糸は常に織りプロセス中に均一で適切な張力を維持します。 1Kカーボンファイバープレーンクロスの織りの場合、張力が高すぎるとモノフィラメントが壊れますが、張力が低すぎると織りの構造が緩くなり、布の全体的な性能に影響します。 ​
プロセスパラメーターの調整：機器の精度に加えて、織りプロセスパラメーターの最適化は、1Kカーボンファイバープレーンクロスの品質を改善するための重要な手段でもあります。織り速度は重要なパラメーターです。 1K炭素繊維の場合、織り速度は通常、比較的低いレベルで制御されます。これは、織り速度が低いため、オペレーターが織りプロセスをよりよく観察および制御し、モノフィラメントの巻線や壊れたワイヤなどの可能な問題を迅速に発見して解決するのに役立つためです。織り速度の低下は、織りプロセス中のモノフィラメントへの機械的損傷を減らし、モノフィラメントの完全性と元のパフォーマンスを最大限に維持することができます。ワープ糸と横糸の織り角を調整し、横糸糸やその他のプロセスパラメーターの挿入方法を変更することにより、プレーンクロスの構造をさらに最適化して、よりコンパクトで安定させ、1Kカーボンファイバー自体の強度とモジュールの利点に完全な遊びを提供できます。

強度と弾性率のパフォーマンスの利点の分析
（i）高強度達成メカニズム
微細構造の利点：1Kカーボンファイバー平野織り布を樹脂などのマトリックス材料と複合して複合材料を調製する場合、強度の優れた性能が完全に実証されています。複合材料の微細構造では、1K炭素繊維モノフィラメントは織りプロセス中に非常に定期的に配置されているため、マトリックス材料と複合後、繊維の方向と分布を非常に正確に制御できます。研究では、理想的な条件下では、複合材料の1K炭素繊維の方向度が非常に高いことが示されています。つまり、材料にストレスをかけると、ほとんどの炭素繊維モノフィラメントが最適な荷重を負う方向にあることが示されています。複合材料が引張型の外力にさらされると、炭素繊維のモノフィラメントに沿って応力を迅速かつ効率的に伝達することができます。各モノフィラメントはその高強度特性に完全な遊びを与えることができるため、複合材料全体が変形や骨折なしで大きな引張力に耐えることができます。これは、通常の鋼の引張強度よりも大きな利点があります。 ​
インターフェイスボンディング補強材：繊維自体の方向と分布の利点に加えて、1Kカーボンファイバープレーン織り布とマトリックス材料の間の良好なインターフェイス結合も、高強度を達成するための重要な要因の1つです。複合材料の調製プロセスでは、炭素繊維とマトリックス樹脂の間の界面結合性能は、炭素繊維の表面を化学的に処理するか、特別な結合剤を使用して大幅に改善できます。酸化処理により、炭素繊維の表面に活性官能基が導入されます。これらの官能基は、化学結合を形成して樹脂分子と化学的に反応することができ、それにより繊維とマトリックスの間の界面結合を強化します。良好な界面結合により、複合材料がストレスにさらされると、繊維とマトリックスの間にストレスを効果的に伝達して分布させ、界面剥離などの故障現象の発生を回避し、複合材料の全体的な強度をさらに改善することができます。 ​

（ii）高弾性率の固有の原理
炭素繊維固有性パフォーマンスの寄与：弾性率は、弾性変形に抵抗する材料の能力の重要な指標であり、この点で1K炭素繊維織りもうまく機能します。 1Kカーボンファイバープレーンウィーブの高いモジュラスは、まず炭素繊維自体の品質が高いためです。生産プロセス中に、正確なプロセス制御を通じて、炭素繊維内に高度なグラファイト微結晶構造が形成されます。この構造は、炭素繊維に非常に高い軸の剛性を与え、炭素繊維がストレスにさらされると効果的に変形に耐えることができます。研究データによると、高品質の1K炭素繊維の引張弾性率は、いくつかの低品質の炭素繊維またはその他の従来の繊維材料よりも大きな利点があることが示されています。 1K炭素繊維プレーン織りでは、少数のモノフィラメントと定期的な配置により、炭素繊維は外力にさらされると効率的に連携することができます。材料が引張または圧縮応力にさらされると、隣接する炭素繊維は互いにサポートし、外力を共有することができ、それにより、変形に効果的に抵抗し、平易な織り全体がより高い弾性率を示すようにします。 ​
複合材料の相乗効果：複合材料システムでは、1K炭素繊維プレーン織りとマトリックス材料の相乗効果により、材料の弾性性能がさらに向上します。連続相として、マトリックス材料は、炭素繊維の横方向の変形を制限しながら、炭素繊維に外力を均等に伝達できます。強化段階として、1Kカーボンファイバープレーン織りは、その高い弾性特性を備えた複合材料の主な負荷を含む容量を提供します。 1Kカーボンファイバープレーンクロス強化ポリマーマトリックス複合材料では、マトリックスと界面構造の比率を合理的に設計することにより、複合材料のモジュラスを大幅に改善できます。