Oglekļa šķiedras apaļa caurule

Dažādi oglekļa šķiedras cauruļu veidi
Šajā apmācībā mēs aplūkojam divus galvenos cauruļu veidus: Pultruded Tubes un Roll Wrapped Tubes.
Pultrudētas caurules mēdz būt mazākā diametrā un nodrošina maksimālu iespējamo garenisko izturību, taču tās ir neaizsargātākas pret saspiešanu vai vērpes lūzumu. To iekšējā un ārējā virsma ir gluda, un šķiedras ir redzamas, ja tās cieši aplūko. Šīs caurules tiek veidotas, izvelkot šķiedras caur sveķu vannu un karsējot veidni, lai izveidotu cauruli. Visas šķiedras ir orientētas uz leju to garumā. Pultrūzijas process nozīmē, ka caurulēm ir labs stingrības līmenis, taču tās ir viegli sadalāmas.
Ruļļos iesaiņotām oglekļa šķiedras caurulēm parasti ir lielāks diametrs, un to mainīgo stiegrojuma slāņu dēļ tās rada elastīgāku cauruli, īpaši, lai saspiestu un pagrieztu spēkus. Šīm caurulēm ir šķiedras gan garumā, gan apkārt, lai nodrošinātu loka stiprību. Tie tiek veidoti, pirms sacietēšanas cepeškrāsnī aptinot pre-preg slāņus ap serdi. Viņiem parasti ir gluda iekšējā apdare. Ārējā apdare var būt gluda vai rievota. Rievotā apdare ir atstāta no ražošanas procesa. Mūsu Woven Finish caurulēm tas ir noslīpēts un caurules ir lakotas, lai iegūtu spīdīgu apdari. Ruļļos ietītās caurules zaudē nelielu stingrību loka stiprības dēļ, kas tām nodrošina lielāku izturību un labāku izturību pret saspiešanu un šķelšanos nekā pultrudētām caurulēm.
Citas cauruļu konstrukcijas metodes ietver vilkšanas tinumu, bet ietver papildu spirālveida šķiedras. Kvēldiega tinums, kur šķiedras tiek uztītas ap serdi, galvenokārt stīpas papildu stiprības nodrošināšanai, piemēram, spiedtvertnēs. Arī caurules var formēt, izmantojot ārējo veidni un iekšējo pūšļu, kas biežāk tiek darīts caurulēm ar sarežģītākām formām.
Mehāniskā pārbaude
Šo mehānisko testu mērķis ir nodrošināt salīdzinošus datus starp diviem oglekļa šķiedras cauruļu veidiem, 304 nerūsējošā tērauda un 6063 alumīnija caurulēm. Testu laikā mēs izmantojam vienādus profila izmērus, proti, 10 mm ārējo diametru un 8 mm iekšējo diametru. Tas parādīs veiktspēju attiecībā pret otru identiskiem profiliem.
Mēs nestrādājam pēc īpašiem testēšanas standartiem, jo ​​nav tādu, kas derētu visiem materiāliem un testiem. Tāpat mēs neizmantojam standarta SI mērvienības, kas pārrēķinātas kilogramos. Tas ir paredzēts, lai padarītu skaitļus salīdzināmākus un informatīvākus daudziem skatītājiem. Daudzi rokturi ir ražoti īpaši šiem testiem, tāpēc būs daži kompromisi, lai testi darbotos.
Stiepes stiprības pārbaude
Šis ir vienkāršs stiepes tests, kurā caurules tiek uzvilktas, līdz tās neizdodas. Caurules velk līdz to elastības robežai un tad velk tālāk, līdz tās saplīst. Elastības robežu norāda grafikā nemainīgs gradients, un, kad tas sāk piekāpties un virzīties uz plastisko deformāciju, gradients samazinās, līdz tas pārtrūkst. Tāpēc daudz svarīgāk ir ņemt vērā ienesīguma robežu.
Pārbaudi atkārto visiem materiāliem. Ar oglekļa caurulēm kļūme ir satvērienā. Tas ir izmantotās satveršanas metodes ierobežojums, kas rada stresa koncentrāciju šajā zonā, tāpēc ar labāku satveršanas metodi būtu sagaidāmi daudz augstāki rezultāti. Ja tie šādā veidā nebūtu izgāzušies, mēs būtu gaidījuši, ka pultrūzija būs 3 reizes lielāka nekā tēraudam un 16 reizes lielāka nekā alumīnijam.
Spiedes stiprības tests
Šis ir salīdzinoši vienkāršs saspiešanas tests, nospiežot cauruli starp diviem rokturiem. Metāla paraugi darbojas gandrīz tā, kā paredzēts, un oglekļa caurules atkal sabojājas, parādot testa metodes ierobežojumus. Tērauda caurule ir labākais sniegums ar 1,5 tonnām, kam seko pultrudētās un ruļļos ietītās caurules, kuru svars ir nedaudz mazāks par tonnu, bet alumīnija caurule sabojājas ar aptuveni pustonnu.
Vērpes stinguma tests
Mēs salīdzinām caurules ar zināmu griezes slodzi, lai sniegtu salīdzināmus datus, līdz caurules slīd satvērienos vai sabojājas. Šāda veida testā ir īpaši grūti iegūt labu saķeri līdz neveiksmei, taču mēs varam tos pārbaudīt līdz zināmam līmenim. Šajā gadījumā 5 ņūtonmetri, kas ir aptuveni tas, ko jūs varat sasniegt ar skrūvgriezi, tad turpiniet, līdz rokturis vai caurule sabojājas.
Katrai caurulei mēs pārbaudījām, cik griešanās grādu bija pie 5 ņūtonmetru slodzes, un turpinājām, līdz caurules satvēriens neizdevās. Vislabāk veicās nerūsējošajam tēraudam, kam sekoja alumīnijs. No oglekļa caurulēm tās abas darbojās slikti, kad ruļļos ietītā caurule ir nedaudz izstumta, bet pultrudētā caurule.
3-Punkta līkuma pārbaude
Šis ir lieces 3 punktu lieces tests caurulēm. Izmantojot pielāgotas instrumentu galviņas, lai parādītu elastīgu un visbeidzot plastisko deformāciju un galu galā atteici. Kā gaidīts, abas metāla caurules sabojājās plastiskās deformācijas un lieces dēļ. Oglekļa caurules novirzījās, pirms sabojājās, plaisājot un saspiežot cauruli. Rullītī ietītā caurule vislabāk darbojās ar aptuveni 200 kg, kam sekoja tērauda caurule ar 175 kg svaru. Pultrudētā caurule sabojājās pie aptuveni 140 kg, kam sekoja alumīnijs ar 50 kg. Šis tests īpaši izceļ priekšrocības, ko sniedz papildu stīpas šķiedras uz ruļļa ietītas caurules salīdzinājumā ar pultrudētām caurulēm.
Ja ņemam vērā materiālu svaru un relatīvo blīvumu, rezultātu līdzsvars ievērojami mainās. Nerūsējošais materiāls ir gandrīz 5,5 reizes blīvāks par oglekli ar 8g/cm³ un alumīnijs gandrīz divreiz – 2,7 g/cm³. Ar svara regulēšanu tērauda un alumīnija caurules darbojas līdzīgi kā oglekļa šķiedras caurules, kas tagad ir priekšā. Veicot to pašu korekciju citiem testiem, mēs redzam vienādus rezultātus visiem, izņemot vērpes testu.
Pultruded caurules rezultāti un apsvērumi
Mēs apsveram rezultātus un to, kā tas varētu ietekmēt šāda veida cauruļu izmantošanu. Tīrā stiepes un spiedes slodzē šīs caurules nodrošina izcilu veiktspēju to svaram. Noslogotas visā garumā, šīs pultrudētās caurules ir aptuveni tikpat izturīgas, cik vien var būt oglekļa caurule, taču tas notiek uz vērpes veiktspējas, saspiešanas un izturības pret šķelšanos rēķina.
Tas padara pultruded caurules ideāli piemērotas tādiem lietojumiem kā bultu vārpstas, stumšanas stieņi, UAV, pūķi, robotika un telšu stabi. Tie ir redzami arī iegulšanas lietojumprogrammās, piemēram, instrumentu kakliņos un spārnu konstrukcijās. Tā kā tie tiek ražoti presformā, OD un ID ir pietiekami precīza pielaide, tomēr, ja meklējat teleskopiskas sekcijas, visticamāk, jums būs jānoslīpē par vienu cauruli mazāku, lai tas būtu cieši pieguļošs.
Ruļļos iesaiņotas caurules rezultāti un apsvērumi
Šajā sadaļā mēs aplūkojam rezultātus un to, kā tas varētu ietekmēt šāda veida cauruļu izmantošanu. Kā redzams spriegojuma un saspiešanas testos, šīs caurules darbojas gandrīz tikpat labi kā pultrudētās caurules. Trīs punktu lieces tests patiešām izcēla stīpu šķiedru priekšrocības un saspiešanas izturību, ko tās piedāvāja pār pultrudētām caurulēm. Tas arī uzsvēra, kā loka šķiedras nedaudz uzlabo griezes pretestību.
Tas ir papildu loka stiprums, kas nozīmē, ka, lai gan tie ir nedaudz vājāki stingrībā, tie piedāvā labāku veiktspēju reālajā pasaulē salīdzinājumā ar pultrudētām caurulēm. Izgatavots ap serdi, iekšējais diametrs ir visprecīzākais, bet ārējais ir atkarīgs no tā, kā tas ir pabeigts.
Austās apdares caurules piedāvā vislabāko kosmētisko izskatu ar redzamo audumu un spīdīgu apdari. Tomēr austais slānis arī palielina loka stiprību un novērš plaisu izplatīšanos un ierobežo šķelšanos. Tas padara tos ideāli piemērotus lietošanai, piemēram, velosipēdu sēdekļu balstiem, kameru aprīkojumam, īpaši vieglām lidmašīnām, dronu ieročiem utt.
Neaustās ruļļos ietītās caurules joprojām ir lieliskas veiktspējas, taču, visticamāk, tās būtu labāk piemērotas lietošanai, ja kosmētika nav tik svarīga vai austa slāņa priekšrocības nav tik svarīgas. Tas varētu ietvert dīseles pagarinājumus, airu airus, robotu, bezpilota lidaparātu rokas vai pat logu tīrīšanas stabus un līdzīgus lietojumus.
Oglekļa šķiedras cauruļu ierobežojumi
Lai gan oglekļa šķiedras cauruļu veiktspēja ir ļoti laba daudziem lietojumiem, pastāv arī ierobežojumi un lietojumi, kur oglekļa šķiedras caurules var nebūt ideālas vai piemērotas. Šeit aplūkosim dažus izplatītus piemērus. Labs piemērs, kur oglekļa šķiedra var nebūt piemērota, ir augstas temperatūras lietojumi. Oglekļa šķiedra stipri pasliktināsies virs 120 grādiem. Tie nav piemēroti lietojumiem ar augstu nodiluma līmeni, piemēram, bīdāmajiem gultņiem un buksēm, kur virsma ļoti ātri nodilst. Precīza apstrāde, piemēram, vītņu griešana, nedarbojas labi, jo vītne būtu ļoti vāja - labāks risinājums ir izmantot metāla ieliktni vai līdzīgu ar vītni metālā šādiem lietojumiem.
Cauruļu savienošanai būs nepieciešama kompozītmateriāla stiegrojums vai sarežģītu savienojuma detaļu izgatavošana. Arī to nevar izveidot un tas vēlēsies saglabāt savu pašreizējo formu, tāpēc tādi pielietojumi kā saliekta stūre utt. nebūtu iespējami ar iepriekš sagatavotām caurulēm. Tomēr šādas caurules var izgatavot, kā redzams šajā video; Oglekļa šķiedras caurules laminēšana un iepakošana maisos, izmantojot sadalītu veidni.