Круглая труба из углеродного волокна, обладающая превосходной удельной прочностью и конструктивными особенностями, стала основным несущим компонентом высокотехнологичного оборудования. Для точной оценки их характеристик необходимо глубокое понимание их анизотропных свойств, а также целевые испытания осевой и радиальной прочности. При испытаниях труб из углеродного волокна на осевую прочность основное внимание уделяется пределу несущей способности вдоль направления волокна, что позволяет выявить ее эффективность как «скелета» посредством испытаний на растяжение, сжатие и изгиб. С другой стороны, испытания на радиальную прочность фокусируются на их устойчивости к сжатию и разрыву в вертикальном направлении, оценивая их прочность как «броню» посредством испытаний на раздавливание или внутреннее давление. Эти два метода в сочетании образуют краеугольный камень оценки характеристик труб из углеродного волокна, позволяя проводить научный анализ их механического поведения при различных нагрузках.
Осевая прочность в первую очередь проверяет несущую способность трубы из углеродного волокна вдоль направления волокна, включая прочность на растяжение, сжатие и изгиб. (1) Подготовка образца для определения прочности на осевое растяжение: отрежьте прямой участок трубки и укрепите оба конца резиновыми или металлическими хомутами, чтобы предотвратить повреждение при зажиме. Метод испытания: Используйте универсальную испытательную машину, зажав оба конца специальным приспособлением, и растягивайте с одинаковой скоростью до разрушения. Параметры измерения: максимальная растягивающая нагрузка, смещение трещины и расчет прочности на разрыв (нагрузка/площадь поперечного сечения). Ссылка на стандарт: ASTM D3039 (Стандарт на прочность на растяжение композитных материалов на полимерной основе). (2) Требования к образцам на осевое сжатие: Торцевая поверхность секции трубы должна быть плоской, чтобы предотвратить локальное раздавливание. Метод испытания: Используйте испытательную машину для сжатия в осевом направлении; для предотвращения нестабильности можно использовать направляющее устройство. Ключевые моменты: Необходимо различать разрушение материала и разрушение, вызванное потерей устойчивости; более короткие образцы (меньшее соотношение длины к диаметру) лучше отражают истинную прочность на сжатие. Стандартная ссылка: ASTM D695 (Стандарт на сжатие жестких пластмасс) или ASTM D3410 (Стандарт на сжатие композитных материалов). (3) Прочность на осевой изгиб (трехточечный/четырехточечный изгиб). Метод испытания: поместите секцию трубы на два опорных ролика и приложите сосредоточенную нагрузку (трехточечный изгиб) или симметричную нагрузку (четырехточечный изгиб) в середине. Параметры измерения: Запишите максимальную нагрузку и рассчитайте прочность на изгиб и модуль упругости. Стандартная ссылка: ASTM D7264 (Стандарт на изгиб композитных материалов).
Радиальная прочность проверяет устойчивость к сжатию, удару или внутреннему и внешнему давлению, перпендикулярному направлению волокна, и обычно намного ниже, чем осевая прочность. (1) Прочность на радиальное сжатие (испытание на сплющивание или радиальное разрушение). Испытание на сплющивание: секцию трубы помещают горизонтально и сжимают в радиальном направлении между двумя параллельными нажимными пластинами. Измеряется разрушающая нагрузка. Расчет: Радиальная прочность на сжатие ≈ Раздавливающая нагрузка / (Диаметр трубы × Длина трубы). Примечание. На результаты существенно влияет структура стенки трубы (например, конструкция слоев). (2) Метод прочности на растяжение по окружности (испытание на разрыв внутренним давлением): Оба конца секции трубы герметизируются, и внутрь подается гидравлическое или пневматическое давление до разрушения. Ссылка на стандарт: ASTM D1599 (Стандарт прочности пластиковых труб на разрыв). (3) Метод радиального удара или прочности на сдвиг. Сопротивление радиальному удару оценивают путем удара по боковой стороне образца молотком или маятником. Прочность на межламинарный сдвиг: Радиальные характеристики могут быть косвенно отражены испытанием на сдвиг короткой балки (ASTM D2344). Ключевые факторы, влияющие на конструкцию слоев: Ориентация волокон (например, 0°, ±45°, коэффициент укладки 90°) определяет прочность во всех направлениях. Условия испытаний: Скорость загрузки, температура окружающей среды и влажность должны контролироваться в соответствии со стандартами. Анализ видов отказов. Виды отказов (например, разрыв волокна, расслоение, разрушение при сдвиге) должны регистрироваться, чтобы способствовать улучшению процесса. При испытании труб из углеродного волокна на осевую прочность основное внимание уделяется свойствам растяжения/сжатия/изгиба вдоль направления волокна, тогда как при испытании на радиальную прочность особое внимание уделяется сопротивлению сжатию, разрыву или сдвигу в перпендикулярном направлении. В практических приложениях следует выбирать соответствующие комбинации испытаний на основе сценария применения (например, аэрокосмическая промышленность, производство спортивных товаров), а эффективность следует всесторонне оценивать в сочетании с микроструктурным анализом. Тестирование должно строго соответствовать международным или отраслевым стандартам, чтобы обеспечить сопоставимость и надежность результатов. Хотите узнать больше? Не стесняйтесь обращаться к Кавану Лаю: kawan@anheda.cn/WhatsApp +8613631396593.
