Tecido de aramida: como a orientação da fibra afeta a resistência e o processamento

Um fio de para-aramida de 3,6 GPa está entre as fibras de reforço mais fortes disponíveis, mas tecê-lo em um tecido apertado e simples pode reduzir sua resistência à tração eficaz para cerca de dois terços desse valor. A lacuna entre as propriedades da fibra e as propriedades do tecido não é um defeito - é o resultado direto da orientação da fibra e da geometria da trama. Para engenheiros que especificam reforços de aramida tecida, compreender como a orientação controla a resistência e o processamento é uma etapa crítica antes de escolher um material.

O que a orientação da fibra realmente significa em um tecido de aramida

A orientação das fibras em um tecido é a direção dos fios de urdidura, que correm a 0 graus ao longo do comprimento do rolo, e dos fios de trama, que se cruzam a 90 graus, em relação ao caminho de carga na peça acabada.

Ao contrário da fita unidirecional, um tecido transporta reforço em duas direções no plano ao mesmo tempo. É por isso que a aramida tecida é especificada para capacetes, painéis balísticos, escudos anti-explosão e suportes compostos que veem cargas de vários ângulos. Mas a estrutura bidirecional tem um custo: cada fio de urdidura cruza por cima e por baixo de cada fio de trama, formando uma dobra chamada crimpagem. As moléculas de para-aramida são altamente compatíveis ao longo do eixo da fibra, de modo que a fibra é forte sob tensão, mas fraca sob flexão e estreitamento lateral. A crimpagem, portanto, transfere perdas reais de resistência diretamente para o tecido. Para uma comparação mais ampla de tipos e aplicações de tecido de aramida, nosso guia de tecido de aramida cobre toda a gama de propriedades.

Urdidura e trama: a força é direcional

O tecido de aramida é mais forte quando a carga é compatível com os fios da urdidura ou da trama e perde resistência rapidamente quando a carga é aplicada entre esses dois eixos.

Para um tecido de aramida de sarja 2/2 balanceado, a retenção típica da resistência à tração em relação à direção da urdidura segue o padrão abaixo. O valor de 0 grau é normalizado para 100 por cento.

A 45 graus, mais de 60% da força homologada desaparece. Esta é a causa mais comum de falha em laminados de aramida: os engenheiros dimensionaram a peça a partir de dados de tração medidos na direção da urdidura e depois superestimaram o estresse e a resistência fora do eixo do painel.

Para um vaso de pressão, casco de capacete ou braço de drone, o projeto deve orientar cada camada de modo que a carga primária siga a urdidura ou a trama, ou construir um laminado com 0/90 e mais/menos 45 camadas para cobrir todo o envelope de carga.

Padrão de trama: a crimpagem controla a tradução da força

Um padrão de trama mais apertada produz uma ondulação mais alta, e uma ondulação mais alta reduz uma porcentagem de resistência à tração da fibra que atinge o laminado acabado - um valor chamado eficiência de tradução de resistência.

O padrão de trama é a segunda camada de controle de orientação. A trama lisa (1/1) passa cada fio por cima e por baixo, travando a estrutura rigidamente. A sarja (2/2) flutua os fios sobre duas proximidades e o cortina (4H) cria flutuações longas com ondulação mínima. A compensação é consistente: uma crimpagem mais baixa melhora a tradução de força e a maleabilidade, mas enfraquece a estabilidade da superfície e a resistência à penetração.

Como a orientação altera o corte, o drapeado e a umidificação da resina

A orientação da fibra e a densidade da trama determinam como o tecido de aramida se comporta nas três etapas de produção onde a maior parte dos resíduos é criada: corte, disposição e infusão de resina.

• Corte. Os fios de aramida fibrilam sob o cisalhamento e os fios angulados nas interseções da trama tornam os cortes limpos mais resistentes do que no tecido de carbono. Facas ultrassônicas ou corte a jato de água resultam bordas limpas; cortadores circulares com ponta de metal duro funcionando em velocidade reduzida também funcionam se a lâmina para nova.
• Drapeado. Em um molde de curva dupla, uma trama simples e apertada resiste ao cisalhamento no plano, então enruga em vez de se conformar. Sarja e cetim permitem a rotação do fio dentro do tecido, o que permite que a camada se adapte ao formato do molde sem deformar a fibra.
• Molhar. A resina flui ao longo dos feixes de fibras e cada interseção da trama é uma restrição potencial ao fluxo. A trama simples e densa retarda o umedecimento e pode reter o ar, enquanto a sarja ou o cetim com menor ondulação umedecem mais rapidamente e atingem menor conteúdo de vazios.

Selecionando o tecido de aramida certo para produção

Escolha o equilíbrio da urdidura e da trama e o padrão de trama com base no caso de carga dominante e no processo de produção - e não apenas na resistência à tração da folha de dados da fibra.

Trabalhe na seleção nesta ordem:

1. Defina a direção da carga primária e oriente o rolo para que os fios da urdidura se alinhem com esse eixo.
2. Selecione o padrão de trama: liso para estabilidade da superfície, sarja para resistência e drapeado equilibrado, cetim para tradução de resistência máxima.
3. Verifique o equilíbrio urdidura-trama: 50/50 para resposta aproximadamente isotrópica ou relações especializadas para tensão direcional.
4. Combine o peso real e a crimpagem com o sistema de resina: as resinas de infusão de baixos padrões lidam melhor com tramas densas do que os adesivos de filme.
5. Confirme a largura do tecido, o comprimento do rolo e a qualidade da emenda com o fornecedor antes de cotar a peça.

Para peças que apresentam tanto de resistência de aramida quanto de carbono, os tecidos híbridos de aramida-carbono colocam cada tipo de fibra na mesma camada tecida, o que simplifica o controle de orientação em comparação com o empilhamento de camadas isoladas. Jiangyin Dongli Nova Tecnologia de Materiais Co., Ltd. , um fabricante de compostos de processo completo com uma fábrica de 32.000 m2 e 10 linhas de produção, fornece tecidos de aramida e tecidos híbridos de aramida-carbono em situações controladas de urdidura/trama e larguras personalizadas. Sua equipe de engenharia pode combinar o padrão de tecelagem com seu processo de infusão ou pré-impregnado.

Tecido de aramida de alta temperatura para camadas resistentes a chamas Este tecido de para-aramida ou meta-aramida mantém a integridade acima de 200°C sem derreter, oferecendo crimpagem controlada para tradução de resistência previsível. É adequado para barreiras térmicas e reforços estruturais em ambientes de alto calor. Ver Produto →

Para camadas resistentes a altas temperaturas e chamas, a mesma fábrica produz tecido de aramida em faixas de crimpagem controladas, o que mantém a tradução de resistência previsível de rolo para rolo.

Tecido híbrido de aramida-carbono em 3K liso e sarja Combinando a resistência da aramida com a rigidez do carbono em uma camada tecida, este tecido híbrido melhorou a resistência ao impacto e o desempenho em altas temperaturas. Suas variantes lisas ou sarja permitem ajustes de modificação e módulo, ideais para peças aeroespaciais e automotivas. Ver Produto →

Verifique a crimpagem e o peso real em relação aos permitidos pelo seu projeto antes de solicitar grandes volumes. Uma mudança de sarja para cetim com o mesmo peso de área pode alterar o módulo do laminado em 5 a 10 por cento, ao mesmo tempo que melhorou a maleabilidade - e essa mudança geralmente vale mais do que uma pequena mudança no grau da fibra.

Perguntas frequentes