סיבי פחמן חד-כיווניים (CFRP UD)
מרוכב סיבי פחמן, כל הסיבים בכיוון אחד
ערכים טיפוסיים למצב המסירה שבכותרת
ב-CFRP חד-כיווני כל סיבי הפחמן מסודרים בכיוון אחד, בתוך מטריצה (בדרך כלל אפוקסי). בכיוון הזה הוא חזק מאוד (כ-1500 MPa במאגר) ונוקשה (כ-135 GPa), בצפיפות של כ-1.55 g/cm³ בלבד. כלומר, לכל ק"ג הוא חזק ונוקשה בהרבה מפלדה ומאלומיניום.
אבל לרוחב הסיבים החוזק נמוך בהרבה, ולכן שכבות חד-כיווניות משמשות כ"אבני בניין" בלמינט, או בחלקים עם עומס בכיוון אחד: קורות, צינורות, מוטות ושלדים.
תכונות מכניות ופיזיקליות
| תכונה | ערך | הערה |
|---|---|---|
| חוזק מתיחה Rm | 1500 MPa | בכיוון הסיבים |
| התארכות A | 1.2% | |
| מודול אלסטיות E | 135 GPa | בכיוון הסיבים |
| צפיפות ρ | 1.55 g/cm³ | |
| חוזק לחיצה | 1200 MPa | בכיוון הסיבים |
| חוזק גזירה בין-שכבתי (ILSS) | 80 MPa | |
| עיבודיות | Diamond בלבד | דירוג יחסי במאגר האתר |
מבנה: סיב ומטריצה
| מאפיין | ערך | משמעות |
|---|---|---|
| סיב | פחמן | חוזק ונוקשות |
| מטריצה | בדרך כלל אפוקסי | קושרת ומעבירה עומס |
| סידור | חד-כיווני (0°) | תכונות מרביות בכיוון אחד |
ערכים טיפוסיים לפי נתוני יצרנים.
מבנים וגרסאות
בחומר מרוכב "החומר" נבנה יחד עם החלק: בוחרים סיב, מטריצה, כיווני שכבות ואחוז סיבים. אותם סיבים בסידור אחר נותנים תכונות שונות מאוד.
| גרסה | תכונות | מתי בוחרים |
|---|---|---|
| Prepreg ומשרפה (Autoclave) | איכות ותכונות מרביות | תעופה ומבנים קריטיים |
| אינפוזיה / RTM | חלקים גדולים בעלות נמוכה יותר | מבנים גדולים |
| Pultrusion | פרופילים חד-כיווניים רציפים | מוטות ופרופילים |
שימושים
- קורות ומוטות קלים
- צינורות ושלדים
- חלקי מבנה בתעופה
- ציוד ספורט
- חיזוק מבנים
ייצור ועיבוד
כיווניות
התכונות בכיוון הסיבים גבוהות מאוד, ולרוחבם נמוכות בהרבה (בחומר חד-כיווני, פי עשרות). מתכננים את כיווני השכבות לפי כיווני העומס.
קורוזיה גלוונית
סיבי פחמן מוליכים חשמל ואצילים מאוד. במגע עם אלומיניום או פלדה בלחות המתכת נאכלת. מבודדים בשכבת סיבי זכוכית או בציפוי.
עיבוד
קידוח וכרסום בכלי יהלום (PCD) או קרביד מצופה, עם תמיכה שמונעת התפרקות שכבות (Delamination) ביציאה. האבק דורש יניקה והגנה נשימתית.
השוואה לחומרים דומים
| חומר | Rm / Rp0.2 | ריתוך | מתי עדיף |
|---|---|---|---|
| סיבי פחמן קוואזי-איזוטרופי (CFRP) | 600 MPa | לא ניתן | CFRP קוואזי-איזוטרופי: תכונות דומות בכל כיווני המישור · לדף החומר |
| סיבי זכוכית חד-כיווניים (GFRP UD) | 1000 MPa | לא ניתן | סיבי זכוכית: זול, פחות נוקשה · לדף החומר |
| 7075-T6 | 503–572 / 434–503 MPa | לא מומלץ — FSW | אלומיניום: איזוטרופי, כבד יותר · לדף החומר |
טעויות נפוצות
לתכנן לפי החוזק בכיוון הסיבים בכל כיוון
לרוחב הסיבים החוזק נמוך מאוד.
לחבר ישירות לאלומיניום
קורוזיה גלוונית מהירה של האלומיניום.
לקדוח בלי תמיכה
השכבות מתפרקות ביציאת המקדח.
מקבילים, תקנים ואספקה
| ASTM | D3039 (בדיקת מתיחה) |
|---|---|
| תקנים | שיטות בדיקה: ASTM D3039 / D3410 / D2344 |
| צורות אספקה | פרפריג · Filament Wind |
| יצרנים | Toray · Hexcel · Solvay |
להמשך לימוד
הערכים טיפוסיים ומשמשים להשוואה בלבד. בחומרים מרוכבים התכונות תלויות מאוד בכיוון הסיבים, באחוז הסיבים, בשכבות ובתהליך הייצור. לתכנון יש להסתמך על נתוני הלמינט הספציפי ובדיקות. התקנים המוזכרים הם בעיקר שיטות בדיקה (ASTM D3039, D3410, D2344 ואחרים). מקורות: נתוני יצרנים ומאגר החומרים של METAL HUB.
עודכן: 31 באוקטובר 2026