2. Асноўныя працэсы фармавання
Розныя працэсы вызначаюць прадукцыйнасць, дакладнасць і прыдатныя сцэнарыі труб з вугляроднага валакна, і іх можна ў цэлым падзяліць на тры тыпу:
| Process |
Features |
Applicable Scenarios |
| Pultrusion molding |
Continuous production, high dimensional accuracy, low cost; carbon fibers are arranged along the tube axis, resulting in extremely high axial strength. |
General-purpose, long-size, high-volume products (such as support tubes, guide tubes). |
| Winding/Filament Forming |
Controllable carbon fiber winding angle (0°, 90°, ±45°), adjustable radial/circumferential strength, uniform wall thickness |
Applications include high-pressure tubes and structural tubes under complex stress (such as drone arms and aerospace supports). |
| Hand-laid + molding |
High degree of customization, can produce irregularly shaped tubes, low production volume, high cost |
Small batches, non-standard irregularly shaped carbon fiber tubes (such as precision equipment parts) |
Гатовыя трубы з вугляроднага валакна таксама будуць падвяргацца апрацоўцы паверхні, такой як шліфоўка, афарбоўка і нанясенне вугляроднай тканіны 3K саржавага/простага перапляцення, што не толькі паляпшае знешні выгляд, але і павышае ўстойлівасць да драпін.
Круглая трубка з вугляроднага валакна AHD
Ⅱ. Асноўныя характарыстыкі труб з вугляроднага валакна (параўнанне з металічнымі/традыцыйнымі трубкамі)
Асноўнымі перавагамі труб з вугляроднага валакна з'яўляюцца "лёгкія + высокая трываласць і высокі модуль", якія таксама валодаюць рознымі выдатнымі ўласцівасцямі. Гэта адна з нямногіх труб, якія могуць дасягнуць "падвойнай супер-металічнай" удзельнай трываласці (трываласць/шчыльнасць) і ўдзельнага модуля (калянасць/шчыльнасць). Ніжэй прыведзены асноўныя характарыстыкі, у параўнанні з алюмініевымі і сталёвымі трубамі:
1. Надзвычай лёгкі, надзвычай нізкай шчыльнасці
Шчыльнасць труб з вугляроднага валакна складае ўсяго 1,5~1,8 г/см³, прыкладна 1/4 шчыльнасці сталі. Пры тым жа памеры яго вага значна ніжэй, чым у металічных труб, што робіць яго асноўным выбарам для лёгкай канструкцыі.
2. Выдатныя механічныя ўласцівасці, якія спалучаюць трываласць і калянасць
Трываласць на разрыў: 3000~4000 МПа, у 2~3 разы больш, чым у звычайных сталёвых труб;
Модуль пругкасці: 200~400 ГПа, калянасць блізкая да сталі, значна перавышае алюмініевыя і шклапластыкавыя трубы, з невялікай дэфармацыяй і моцнай стабільнасцю памераў пры нагрузцы;
Устойлівасць да стомленасці: значна вышэйшая за металы, менш схільная да расколін ад усталасці пры шматразовых нагрузках, што прыводзіць да больш доўгага тэрміну службы (напрыклад, пры доўгатэрміновых пераменных нагрузках у аэракасмічных і ветраэнергетычных прымяненнях);
Трубчастая структура: полая структура павышае яго характарыстыкі пры выгібе і супраціве на кручэнне; пры той жа вазе яго калянасць на выгіб значна вышэй, чым у суцэльнага стрыжня.
3. Добрая хімічная стабільнасць і ўстойлівасць да карозіі
Вугляроднае валакно само па сабе надзвычай хімічна інэртнае, а смаляная матрыца таксама валодае ўстойлівасцю да кіслот, шчолачаў, салянага тупы і арганічных растваральнікаў. У яго няма праблем з іржой або карозіяй, а яго даўгавечнасць у суровых умовах, такіх як марскія, хімічныя і адкрытыя, значна пераўзыходзіць даўгавечнасць металічных труб.
4. Іншыя выдатныя ўласцівасці
Нізкі каэфіцыент пашырэння: пры блізкім да нуля каэфіцыенце цеплавога пашырэння памеры застаюцца амаль нязменнымі пры высокіх і нізкіх тэмпературах (-50℃~200℃, на аснове эпаксіднай смалы), што забяспечвае высокую дакладнасць і стабільнасць.
Электрычныя ўласцівасці: вугляроднае валакно з'яўляецца правадніком, а смала - ізалятарам. Шляхам рэгулявання ўтрымання/раскладкі вугляроднага валакна можна вырабляць электраправодныя трубкі з вугляроднага валакна (электрамагнітнае экранаванне, антыстатычныя) або ізаляцыйныя трубкі з вугляроднага валакна (з ізаляцыйным пакрыццём на паверхні).
Зносаўстойлівасць і ўстойлівасць да ўдараў: высокая цвёрдасць паверхні, не лёгка падрапаць, умераная трываласць і не так лёгка трэскаецца пры нязначных ударах.
Немагнітны: немагнітны матэрыял, які не перашкаджае электрамагнітным сігналам, прыдатны для дакладных прыбораў, аэракасмічнай, медыцынскай МРТ і іншых прымянення.
5. Асноўныя недахопы
Высокая далікатнасць: Лёгка руйнуецца пры моцным удары або ад вострых прадметаў, не хапае буфера пластычнай дэфармацыі металаў;
Нізкая папярочная трываласць: вугляродныя валокны ў асноўным размешчаны па восі/акружнасці, што прыводзіць да слабой радыяльнай (перпендыкулярнай да сценкі трубы) трываласці, што робіць яе адчувальнай да драбнення і паломкі;
Высокі кошт: выдаткі на сыравіну і апрацоўку ў 3-10 разоў вышэй, чым у алюмініевых труб, і ў 5-15 разоў больш, чым у сталёвых труб;
Старэнне смалы: працяглае ўздзеянне сонечнага святла (ультрафіялетавых прамянёў) і высокіх тэмператур (больш за 200 ℃) прывядзе да жаўцення і старэння смалы, што зніжае агульную прадукцыйнасць.
Ⅲ. Агульныя варыянты прымянення труб з вугляроднага валакна
Асноўныя сферы прымянення труб з вугляроднага валакна круцяцца вакол "патрабаванняў да лёгкай вагі + патрабаванняў да высокай прадукцыйнасці", якія ахопліваюць розныя сферы, такія як прамысловасць, аэракасмічная прамысловасць, грамадзянскае выкарыстанне і спорт. Розным сцэнарыям адпавядаюць розныя характарыстыкі (дыяметр, таўшчыня сценкі, марка вугляроднага валакна). Асноўныя прыкладанні наступныя:
1. Аэракасмічныя і беспілотныя лятальныя апараты (БЛА) поле
БПЛА: узбраенне, рамы, шасі (лёгкія для павышэння цягавітасці, высокая калянасць для забеспячэння ўстойлівасці палёту);
Аэракасмічная прамысловасць: апоры спадарожнікаў, дапаможныя трубы корпуса ракеты, ўнутраныя апорныя трубы самалёта, аглядныя трубы крыла БПЛА;
Авіямадэлі/мадэлі караблёў: рамы фюзеляжа і хваставыя балкі для мадэляў самалётаў і караблёў, ураўнаважваючы лёгкасць і трываласць.
2. Прамысловыя машыны і абсталяванне
Абсталяванне аўтаматызацыі: рабатызаваныя рукі, лінейныя накіроўвалыя апорныя трубы, прывадныя валы канвеера (лёгкія для павышэння эфектыўнасці руху, нізкае пашырэнне для гарантаванай дакладнасці);
Энергія ветру/Новая энергія: дапаможныя бэлькі лопасцей ветравой турбіны, апорныя трубы фотаэлектрычнай сістэмы (устойлівыя да карозіі на адкрытым паветры, лёгкія для лёгкай ўстаноўкі);
Хімічная/марская прамысловасць: хімічныя трубаправоды, апоры марскога даследчага абсталявання, трубы для апраснення марской вады (кіслата- і шчолачна-ўстойлівыя, саляныя пырскі, не падвяргаюцца карозіі);
Дакладныя прыборы: апорныя стрыжні для вымяральных прыбораў, накіроўвалыя трубкі для выпрабавальнага абсталявання (немагнітныя, стабільныя па памерах).
3. Грамадзянская і будаўнічая прамысловасць
Лёгкія канструкцыі: каркасы палаткі, фоташтатывы/монаподы, апорныя стрыжні аэрафотаздымкі (лёгкія і партатыўныя, высокая цвёрдасць для памяншэння вібрацыі);
Армаванне будынкаў: арматурныя кампаненты труб з вугляроднага валакна для будаўнічых канструкцый (замяняе сталёвую арматуру, падыходзіць для лёгкага армавання мастоў і тунэляў);
Мэбля і аздабленне: апорныя ножкі і дэкаратыўныя трубы для мэблі высокага класа (тканіна з вугляроднага валакна 3K для прыгожага вонкавага выгляду і адчування высокага класа).
4. Сектар спорту і адпачынку
Спартыўны інвентар: веласіпедныя рамы/відэльцы/падседзельныя штыры, вуды, стрыжні для гольф-клюшак, лыжныя палкі, падстаўкі для дошак для серфінгу (лёгкая канструкцыя паляпшае спартыўныя ўражанні, высокі модуль пругкасці забяспечвае кіравальнасць);
Абсталяванне на адкрытым паветры: паходныя палкі, пераносныя падстаўкі для сталоў і крэслаў (лёгкія і простыя ў пераносцы, устойлівыя да карозіі і прыстасоўваюцца да вонкавага асяроддзя).
5. Іншыя спецыяльныя сцэнарыі
Медыцынскае абсталяванне: апорныя трубкі для апаратаў МРТ (немагнітныя, пазбягаюць перашкод сігналам МРТ), апоры для рэабілітацыйнага абсталявання (лёгкія для зручнага выкарыстання пацыентам);
Бяспека і армія: міліцэйскія дубінкі, лёгкія канструкцыйныя трубы для ваеннай тэхнікі (высокатрывалыя, ударатрывалыя);
Электрамагнітнае экранаванне: правадзячыя трубкі з вугляроднага валакна для электрамагнітнага экранавання вокладак электроннага абсталявання, антыстатычныя трубкі (напрыклад, канвеерныя трубы ў электронных майстэрнях).
Ⅳ. Парады па выбары труб з вугляроднага валакна
Выбар правільнага тыпу трубкі з вугляроднага валакна непасрэдна вызначае яе прадукцыйнасць. Разгледзім гэтыя тры ключавыя моманты:
Выберыце працэс у залежнасці ад патрабаванняў да нагрузкі: для восевых нагрузак выбірайце пултрузійныя трубы; для акружных/круцільных/складаных нагрузак выбірайце спіральныя трубы.
Выберыце параметры на аснове спецыфікацый: вызначце дыяметр, таўшчыню сценкі і марку вугляроднага валакна на аснове грузападымальнасці і даўжыні (выбірайце T700/T800 для патрабаванняў да высокага модуля і T300/T700 для агульнага прымянення).
Выберыце смалу ў залежнасці ад навакольнага асяроддзя: для вонкавага/агульнага прымянення выбірайце эпаксідную смалу; для высокатэмпературных/вогнеўстойлівых прымянення выбірайце фенольную смалу; для прымянення пры звышвысокіх тэмпературах выбірайце поліімідную смалу.
Полы стрыжань з вугляроднага валакна
Ⅴ. FAQ
Пытанне: ці знікнуць каляровыя трубкі з вугляроднага валакна? Як вызначыць, ці якасны працэс афарбоўвання?
A: Высакаякасныя каляровыя трубкі з вугляроднага валакна не будуць лёгка знікаць. Выцвітанне ў асноўным звязана з вытворчымі дэфектамі: ① Працэс унутранага афарбоўвання смалой (каляровая паста, інтэграваная ў фармовачную смолу): колер становіцца неад'емнай часткай трубкі, што робіць яе ўстойлівай да драпін, дажджу і менш схільнай да выцвітання нават на вуліцы; гэта вышэйшы працэс. ② Працэс распылення паверхні (пасля афарбоўкі): колер застаецца толькі на паверхні; доўгатэрміновае трэнне і ўздзеянне сонца могуць лёгка выклікаць драпіны і выцвітанне.
Звяжыцеся прама цяпер