Трубы з вугляроднага валакна - гэта трубчастыя кампазітныя матэрыялы, якія вырабляюцца з дапамогай такіх працэсаў, як пултрузія, намотка і згортванне, з выкарыстаннем нітак з вугляроднага валакна ў якасці арматуры і смалы (звычайна эпаксіднай смалы, фенольнай смалы і г.д.) у якасці звязальнага рэчыва. Іх таксама часта называюць трубамі з вугляроднага валакна або трубкамі з вугляроднага валакна. Прасцей кажучы, ён спалучае ў сабе высокатрывалае вугляроднае валакно са злучнай смалой для стварэння высокапрадукцыйнага трубчастага профілю.
Яе асноўныя кампаненты складаюцца з дзвюх частак: па-першае, «шкілет» — ніткі з вугляроднага валакна (у асноўным на аснове PAN, класіфікуюцца па спецыфікацыях пучка, такіх як 3K і 12K, прычым 3K мае больш вытанчаны выгляд), які забяспечвае трываласць стрыжня; і па-другое, «злучнае» — смаляная матрыца, якая трывала фіксуе ніткі вугляроднага валакна, абараняе іх і перадае нагрузку. Гатовы прадукт праходзіць апрацоўку паверхні, такую як паліроўка і афарбоўка, каб збалансаваць знешні выгляд і ўстойлівасць да драпін, што робіць яго адным з найбольш шырока выкарыстоўваных профіляў сярод кампазітных матэрыялаў з вугляроднага валакна.
Ⅰ. Асноўныя характарыстыкі труб з вугляроднага валакна
Характарыстыкі труб з вугляроднага валакна круцяцца вакол неад'емных пераваг вугляроднага валакна ў спалучэнні з іх трубчастай структурай, якія валодаюць рознымі выдатнымі ўласцівасцямі, якія істотна адрозніваюцца ад традыцыйных матэрыялаў для труб, такіх як металічныя трубы (сталь):
1. Надзвычайная лёгкасць: з шчыльнасцю ўсяго 1,5~1,8 г/см³, што складае прыкладна 1/4 сталі, вага труб з вугляроднага валакна пры тых жа памерах значна меншая, чым традыцыйныя трубы, што робіць іх асноўным выбарам для лёгкай канструкцыі.
2. Высокая трываласць і высокі модуль: трываласць на разрыў можа дасягаць 3000~4000 МПа, што ў 2~3 разы перавышае паказчыкі звычайных сталёвых труб; модуль пругкасці 200~400 ГПа, калянасць, блізкая да сталі, невялікая дэфармацыя пры нагрузцы і моцная стабільнасць памераў.
3. Значная анізатрапія: уласцівасці змяняюцца ў залежнасці ад напрамку размяшчэння вугляроднага валакна. Восевая (па даўжыні) трываласць надзвычай высокая, у той час як радыяльная (перпендыкулярна сценцы трубы) трываласць адносна слабая, што патрабуе аптымізацыі нагрузак шляхам рэгулявання працэсу (напрыклад, вугла намотвання).
4. Выдатная хімічная ўстойлівасць: само вугляроднае валакно хімічна інэртнае, і ў спалучэнні з матрыцай смалы, устойлівай да кіслот і шчолачаў, яно не выклікае іржы або карозіі. Яго даўгавечнасць у цяжкіх умовах, такіх як марскія, хімічныя і на адкрытым паветры, значна пераўзыходзіць даўгавечнасць металічных труб.
5. Нізкае пашырэнне + немагнітнае: з блізкім да нуля каэфіцыентам цеплавога пашырэння яго памеры застаюцца амаль нязменнымі пры высокіх і нізкіх тэмпературах (-50 ℃ ~ 200 ℃, на аснове эпаксіднай смалы). Як немагнітны матэрыял, ён не перашкаджае электрамагнітным сігналам, што робіць яго прыдатным для дакладных прыбораў, абсталявання для ядзернага магнітнага рэзанансу і іншых прымянення.
6. Значная далікатнасць: як далікатны матэрыял, ён схільны да разбурэння пры моцных ударах або рэзкіх сутыкненнях. Пры адсутнасці буфера пластычнай дэфармацыі металаў схаваныя пашкоджанні (унутраныя мікротрэшчыны) цяжка выявіць.
Ⅱ. Асноўныя тэхналогіі апрацоўкі і фармавання
Асноўны працэс фармавання вызначае пачатковую форму і асноўныя ўласцівасці трубы.
1. Працэс пракаткі:
Апісанне: папярэдне прасякнутая тканіна з вугляроднага валакна пласт за пластом намотваецца на апраўку пад зададзеным вуглом, а затым отверждается.
Характарыстыкі: высокая эфектыўнасць, адносна нізкі кошт, прыдатны для вытворчасці вялікіх аб'ёмаў прамых труб з сярэднімі патрабаваннямі да прадукцыйнасці. Можа вырабляць квадратныя трубы з вугляроднага валакна, круглыя трубкі з вугляроднага валакна і г.д.
Ужыванне: звычайныя зброі беспілотнікаў, простыя структурныя апорныя стрыжні.
2. Працэс пултрузіі:
Апісанне: жгут з вугляроднага валакна (або тканіна) прамакаюць смалой, бесперапынна выцягваюць праз нагрэтую форму і цвярдзеюць у форме.
Характарыстыкі: бесперапынная вытворчасць, надзвычай высокая эфектыўнасць, самы нізкі кошт, але можна вырабляць толькі прамыя профілі з аднолькавым перасекам; кірунак валокнаў у асноўным восевы, з адносна слабой папярочнай трываласцю.
Ужыванне: электраізаляцыйныя стрыжні, слупы для намётаў, нізкія веласіпедныя падседзенні.
3. Працэс намотвання:
Апісанне: жгут з вугляроднага валакна, прасякнуты смалой, намотваецца на апраўку, якая верціцца, пад дакладна вызначаным вуглом і нацяжэннем, а затым отверждается.
Характарыстыкі: высокая ступень аўтаматызацыі, выдатная бесперапыннасць валакна, поўнае выкарыстанне трываласці валакна і можа вырабляць высокапрадукцыйныя круглыя трубы, канічныя трубы, сасуды пад ціскам і г.д.
Прымяненне: вуды высокага класа, шасі для беспілотнікаў, газавыя балоны высокага ціску, аэракасмічныя канструктыўныя кампаненты.
4. Ліццё з дапамогай сціску/вакууму:
Апісанне: прэпрэг з вугляроднага валакна або сухая тканіна ўкладваецца ў верхнюю і ніжнюю формы і отверждается шляхам награвання і ціску; або яго ўкладваюць на аднабаковую форму і запячатваюць пад вакуумам з выкарыстаннем вакуумнага пакета, затым ушчыльняюць і отверждают пад атмасферным ціскам.
Характарыстыкі: Надзвычай высокая аздабленне паверхні, можа вырабляць трубы складанай формы, выдатная прадукцыйнасць, але высокі кошт і меншая эфектыўнасць.
Прымяненне: элітныя веласіпедныя трубкі, аўтамабільныя канструктыўныя кампаненты, элітнае спартыўнае абсталяванне.
Другасная апрацоўка: фармованыя трубы з вугляроднага валакна можна выразаць, свідраваць, шліфаваць, змацоўваць, фарбаваць і г.д., калі гэта неабходна. Заўвага: фрэзераванне і токарная апрацоўка забароненыя, бо яны пашкодзяць бесперапыннасць валакна і лёгка прывядуць да расслаення і канцэнтрацыі напружання.
Ⅲ. Асноўныя меры засцярогі труб з вугляроднага валакна
Пазбягайце ўдараў і кропкавых нагрузак: хоць і трывалыя, трубы з вугляроднага валакна адносна далікатныя і менш устойлівыя да бакавых удараў і лакалізаванага кропкавага ціску, чым металы. Пазбягайце ўдараў цвёрдымі прадметамі або празмернага заціскання неадпаведнымі прыстасаваннямі.
Апрацоўка з асцярожнасцю:
Трэба выкарыстоўваць цвёрдасплаўныя або алмазныя інструменты.
Выкарыстоўвайце малыя хуткасці падачы, высокія абароты шпіндзеля і ўжывайце астуджэнне.
Пры свідраванні выкарыстоўвайце накладкі, каб падтрымаць як уваходную, так і выхадную бакі, каб прадухіліць расслаенне і раскол на выхадзе.
Спецыяльныя метады злучэння: пры злучэнні з металічнымі дэталямі пераважная клейкая сувязь, дапоўненая заклёпваннямі або шрубамі. Пры закручванні неабходна выкарыстоўваць дынамаметрычны ключ для дакладнага кантролю папярэдняй нагрузкі; празмерная сіла прывядзе да раздушвання сценкі трубкі. Рэкамендуецца дадаць ўтулку ўнутр злучэння для павышэння трываласці.
Прадухіленне электрахімічнай карозіі: прамы кантакт з рэактыўнымі металамі, такімі як алюмініевыя сплавы, можа прывесці да электрахімічнай карозіі ў вільготным асяроддзі. Ізаляцыйная апрацоўка (напрыклад, выкарыстанне ізаляцыйных пракладак або нанясенне герметыка) неабходна на кантактных паверхнях.
Захоўванне і абслугоўванне: пазбягайце працяглага ўздзеяння сонечнага святла (УФ-прамяні састарваюць паверхневую смалу) і падтрымлівайце трубку ў чысціні і сухасці. Пашкоджанні (напрыклад, глыбокія драпіны або ўвагнутасці) неабходна неадкладна ацаніць, і нельга выкарыстоўваць прадукт, калі ён пашкоджаны.
Ⅳ. FAQ пра Hollow Вугляродны стрыжань
Q1: Як выбраць трубы з вугляроднага валакна, вырабленыя з выкарыстаннем розных працэсаў (пултрузія/намотка)? Ці ёсць розніца паміж бытавым і прамысловым прымяненнем?
A1: Выберыце працэс у залежнасці ад патрабаванняў стрэсу:
① Пултрузія: вугляродныя валокны размешчаны па восі, што прыводзіць да надзвычай высокай трываласці па восі, высокай дакладнасці памераў і нізкага кошту. Падыходзіць для бытавога прымянення (напрыклад, фоташтатывы, апоры для палатак) і агульнага прамысловага прымянення (доўгія апорныя трубы, накіроўвалыя);
② Намотванне: вугал намотвання вугляродных валокнаў можна кантраляваць, радыяльная/акружная трываласць рэгулюецца, а напружанне больш збалансаванае. Падыходзіць для складаных прамысловых сцэнарыяў стрэсу (зброя беспілотнікаў, трубы высокага ціску, аэракасмічныя апоры), а таксама можа выкарыстоўвацца для высокага класа індывідуальных бытавых прыкладанняў (напрыклад, элітныя мадэлі самалётаў).
Для хатняга прымянення аддайце перавагу пултрузіі (высокая эканамічная эфектыўнасць, лёгкае абслугоўванне). Для прамысловага прымянення, звязанага з высокім ціскам і скручваннем, аддайце перавагу абмотцы.
Q2: Ці можна трубы з вугляроднага валакна непасрэдна заціскаць заціскамі падчас мантажу? Які спосаб мацавання правільны?
A2: Не заціскайце непасрэдна металічнымі заціскамі! Радыяльная (перпендыкулярна сценцы трубы) трываласць труб з вугляроднага валакна адносна слабая. Прамы заціск прывядзе да сціску сценкі трубы, што прывядзе да расколін або пашкоджанняў.
Правільны метад мацавання:
① Гумовыя/пенапластавыя пракладкі павінны быць размешчаны паміж заціскам і сценкай трубы, каб павялічыць плошчу кантакту і размеркаваць ціск;
② Пераважней фланцавыя злучэнні, гільзавыя злучэнні (эпаксідны клей) або балтавыя злучэнні з папярэдне ўбудаванымі металічнымі злучэннямі на канцах;
③ Непасрэдны націск на сценку трубы забаронены (яна лёгка трэскаецца). Пры неабходнасці мацавання балтамі неабходна папярэдне ўставіць устаўкі.
Q3: Як вызначыць, што трубы з вугляроднага валакна маюць "схаваныя пашкоджанні"? Якія ключавыя моманты для штодзённага агляду?
A3: Схаваныя пашкоджанні (унутранае раз'яднанне, мікратрэшчыны) не маюць відавочных знешніх слядоў, і іх трэба ацэньваць на аснове сцэнарыя выкарыстання і простага агляду:
① Разгледзім сцэнар выкарыстання: калі ён нядаўна падвяргаўся моцнаму ўдару, падзенню або працяглай перагрузцы, існуе высокая верагоднасць схаванага пашкоджання;
② Просты агляд: асцярожна пастукайце па сценцы трубы. Калі пэўная вобласць гучыць цьмяна (звычайныя ўчасткі гучаць выразна) або ёсць невялікае закліноўванне падчас качэння (прамое качэнне не гладкае), магчыма, ёсць унутранае пашкоджанне.
Фокус звычайнай праверкі:
① Праверце, ці няма на сценцы трубы расколін, увагнутасцяў або адслаення;
② Праверце наяўнасць прыпаднятых вугальных правадоў на канцах (якія могуць лёгка падрапаць і патэнцыйна пагоршыць пашкоджанне);
③ Праверце, ці няма аслабленых злучэнняў або пашкоджанняў пакрыццяў. Пры выяўленні якіх-небудзь праблем неадкладна спыніце выкарыстанне трубы і заменіце яе.
Звяжыцеся прама цяпер