2. Основные процессы формования
Различные процессы определяют производительность, точность и применимость трубок из углеродного волокна, и их можно условно разделить на три типа:
| 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) |
Готовые трубы из углеродного волокна также подвергаются поверхностной обработке, такой как шлифовка, покраска и нанесение углеродной ткани саржевого или полотняного переплетения 3K, что не только улучшает внешний вид, но и повышает устойчивость к царапинам.
Круглая трубка из углеродного волокна AHD
Ⅱ. Основные характеристики трубок из углеродного волокна (сравнение с металлическими/традиционными трубками)
Основными преимуществами трубок из углеродного волокна являются «легкий вес + высокая прочность и высокий модуль упругости», а также множество превосходных свойств. Это одна из немногих трубок, которая может достичь «двойной суперметаллической» удельной прочности (прочности/плотности) и удельного модуля упругости (жесткости/плотности). Ниже приведены ключевые характеристики в сравнении с алюминиевыми и стальными трубами:
1. Чрезвычайно легкий вес, чрезвычайно низкая плотность.
Плотность трубок из углеродного волокна составляет всего 1,5–1,8 г/см³, что составляет примерно 1/4 плотности стали. При том же размере его вес намного меньше, чем у металлических трубок, что делает его основным выбором для легкой конструкции.
2. Отличные механические свойства, сочетающие прочность и жесткость.
Прочность на растяжение: 3000–4000 МПа, что в 2–3 раза выше, чем у обычных стальных труб;
Модуль упругости: 200–400 ГПа, жесткость, близкая к стали, значительно превосходящая алюминиевые и стекловолоконные трубы, с небольшой деформацией и высокой стабильностью размеров под нагрузкой;
Сопротивление усталости: намного превосходит металлы, менее склонен к усталостному растрескиванию при повторяющихся нагрузках, что приводит к более длительному сроку службы (например, длительные переменные нагрузки в аэрокосмической и ветроэнергетической промышленности);
Трубчатая структура: Полая структура повышает устойчивость к изгибу и кручению; при том же весе его жесткость на изгиб намного выше, чем у цельного стержня.
3. Хорошая химическая стабильность и коррозионная стойкость.
Углеродное волокно само по себе чрезвычайно химически инертно, а смоляная матрица также обладает устойчивостью к кислотам, щелочам, соляному туману и органическим растворителям. Он не имеет проблем с ржавчиной или коррозией, а его долговечность в суровых условиях, таких как морские, химические и наружные условия, намного превосходит долговечность металлических труб.
4. Другие превосходные свойства
Низкий коэффициент расширения: благодаря коэффициенту теплового расширения, близкому к нулю, размеры остаются практически неизменными при высоких и низких температурах (-50℃~200℃, на основе эпоксидной смолы), что обеспечивает высокую точность и стабильность.
Электрические свойства: Углеродное волокно является проводником, а смола – изолятором. Регулируя содержание/расположение углеродного волокна, можно производить проводящие трубки из углеродного волокна (электромагнитное экранирование, антистатические) или изолирующие трубки из углеродного волокна (с изолирующим покрытием на поверхности).
Износостойкость и ударопрочность: высокая твердость поверхности, не царапается, умеренная прочность и не растрескивается при незначительных ударах.
Немагнитный: немагнитный материал, который не мешает электромагнитным сигналам, подходит для прецизионных инструментов, аэрокосмической отрасли, медицинской МРТ и других применений.
5. Основные недостатки
Высокая хрупкость: легко ломается при сильном ударе или от острых предметов из-за отсутствия буфера пластической деформации металлов;
Низкая поперечная прочность: углеродные волокна в основном расположены аксиально/по окружности, что приводит к слабой радиальной (перпендикулярно стенке трубы) прочности, что делает ее подверженной смятию и поломке;
Высокая стоимость: затраты на сырье и обработку в 3–10 раз выше, чем у алюминиевых трубок, и в 5–15 раз выше, чем у стальных труб;
Старение смолы: длительное воздействие солнечного света (ультрафиолетовых лучей) и высоких температур (более 200 ℃) приведет к пожелтению и старению смолы, что снижает общие характеристики.
Ⅲ. Общие сценарии применения трубок из углеродного волокна
Основные области применения трубок из углеродного волокна связаны с «требованиями к легкости + требованиями к высоким характеристикам», охватывая различные области, такие как промышленность, аэрокосмическая промышленность, гражданское использование и спорт. Различные характеристики (диаметр, толщина стенок, марка углеродного волокна) соответствуют разным сценариям. Основные приложения следующие:
1. Аэрокосмическая отрасль и беспилотные летательные аппараты (БПЛА).
БПЛА: вооружение, каркасы, шасси (облегченные для повышения выносливости, высокой жесткости для обеспечения устойчивости полета);
Аэрокосмическая промышленность: опоры спутников, вспомогательные трубы корпуса ракеты, внутренние опорные трубы самолетов, трубы крыльев для осмотра БПЛА;
Модели самолетов/моделей кораблей: каркасы фюзеляжа и хвостовые балки для моделей самолетов и кораблей, сочетающие легкий вес и прочность.
2. Промышленные машины и оборудование
Оборудование для автоматизации: роботизированные руки, опорные трубы с линейными направляющими, приводные валы конвейеров (легкие для повышения эффективности движения, малое расширение для гарантированной точности);
Ветроэнергетика/новая энергетика: вспомогательные балки лопастей ветряных турбин, фотоэлектрические опорные трубы (устойчивы к коррозии на открытом воздухе, легкий вес для легкой установки);
Химическая/морская промышленность: химические трубопроводы, опоры морского исследовательского оборудования, трубы для опреснения морской воды (стойкие к кислотам и щелочам, стойкие к солевому туману, некоррозионные);
Прецизионные инструменты: опорные стержни для измерительных приборов, направляющие трубки для испытательного оборудования (немагнитные, стабильные по размерам).
3. Гражданская и строительная промышленность
Легкие конструкции: каркасы палаток, штативы/моноподы для фотосъемки, опорные стержни подвеса для аэрофотосъемки (легкие и портативные, высокая жесткость для снижения вибрации);
Армирование зданий: компоненты армирования труб из углеродного волокна для строительных конструкций (заменяет стальную арматуру, подходит для легкого армирования мостов и туннелей);
Мебель и украшения: опорные ножки и декоративные трубы для элитной мебели (ткань из углеродного волокна 3K для красивого внешнего вида и ощущения высокого класса).
4. Сектор спорта и отдыха
Спортивное оборудование: велосипедные рамы/вилки/подседельные штыри, удочки, рукоятки клюшек для гольфа, лыжные палки, подставки для досок для серфинга (легкая конструкция усиливает спортивные ощущения, высокий модуль упругости обеспечивает управляемость);
Уличное снаряжение: треккинговые палки, переносные подставки для столов и стульев (легкие и удобные в переноске, устойчивые к коррозии и адаптируемые к уличным условиям).
5. Другие особые сценарии
Медицинское оборудование: опорные трубки для аппаратов МРТ (немагнитные, исключающие помехи сигналам МРТ), опоры для реабилитационного оборудования (легкие, удобные для использования пациентами);
Безопасность и армия: полицейские дубинки, легкие конструкционные трубы для военной техники (высокопрочные, ударопрочные);
Электромагнитное экранирование: проводящие трубки из углеродного волокна для электромагнитного экранирования электронного оборудования, антистатические трубки (например, конвейерные трубы в электронных мастерских).
Ⅳ. Советы по выбору трубок из углеродного волокна
Выбор правильного типа трубки из углеродного волокна напрямую определяет ее производительность. Учитывайте эти три ключевых момента:
Выберите процесс в зависимости от требований к нагрузке: для осевых нагрузок выберите пултрузионные трубы; для окружных/крутильных/сложных нагрузок выбирайте спирально-навитые трубы.
Выберите параметры на основе технических характеристик: определите диаметр, толщину стенок и марку углеродного волокна в зависимости от грузоподъемности и длины (выберите T700/T800 для требований к высоким модулям и T300/T700 для общего применения).
Выбирайте смолу в зависимости от окружающей среды: для наружного/общего применения выбирайте эпоксидную смолу; для высокотемпературных/огнестойких применений выбирайте фенольную смолу; для применения при сверхвысоких температурах выбирайте полиимидную смолу.
Полый стержень из углеродного волокна
Ⅴ. Часто задаваемые вопросы
Вопрос: Будут ли выцветать цветные трубки из углеродного волокна? Как определить, качественный ли процесс окрашивания?
О: высококачественные цветные трубки из углеродного волокна не выцветают. Выцветание происходит в основном из-за производственных дефектов: ① Процесс внутреннего окрашивания смолой (цветная паста интегрирована в формованную смолу): цвет становится неотъемлемой частью трубки, что делает ее устойчивой к царапинам, дождю и менее склонной к выцветанию даже на открытом воздухе; это превосходный процесс. ② Процесс распыления поверхности (после покраски): цвет прилипает только к поверхности; Длительное трение и воздействие солнечных лучей могут легко привести к появлению царапин и выцветанию.
Свяжитесь