Il tubo in fibra di carbonio è realizzato in materiale composito in fibra di carbonio, quindi le prestazioni dell'intero tubo in fibra di carbonio sono inseparabili dal materiale composito in fibra di carbonio. I compositi in fibra di carbonio sono composti da elementi in carbonio e la struttura interna è simile alla grafite artificiale. Gli atomi di carbonio sono collegati tra loro sotto forma di microcristalli esagonali grafitizzati, formando una struttura di grafite irregolare disordinata e orientata lungo la direzione assiale della fibra di carbonio. Questa disposizione di orientamento cristallino conferisce alla fibra di carbonio un'elevata resistenza e buone proprietà meccaniche.
Come garantire quindi la qualità dei tubi in fibra di carbonio?
1. Scegli il materiale dello stampo appropriato
Per i processi di filament winding o roll-wrapped, poiché la fibra è avvolta sotto una forza di compressione, la sua forma collettiva rimane sostanzialmente invariata. Pertanto, è preferibile utilizzare materiali metallici con una buona rigidità come stampi di anima, come acciaio e duralluminio. La densità e la durezza dell'acciaio sono superiori a quelle del duralluminio, ma il coefficiente di dilatazione termica dell'acciaio non è buono come quello del duralluminio. I tubi in fibra di carbonio ad alte prestazioni sono polimerizzati ad alta temperatura. Se si sceglie il mandrino in duralluminio come stampo centrale, la densità e le proprietà meccaniche del tubo in carbonio possono essere migliorate attraverso l'indurimento a pressione interna generato dall'espansione termica dell'alluminio duro.
2. Combinazione del controllo della temperatura con la precompattazione
Un passo importante nella risoluzione dei difetti superficiali dei tubi in fibra di carbonio è quello di combinare la precompattazione e il controllo della temperatura durante il processo di posa. L'operazione chiave è quella di precompattare ogni strato ad una certa temperatura durante la posa, e applicare una certa pressione per comprimere ogni strato di fibre.
La pre-compattazione può prevenire l'accumulo di strati di fibre sciolte. Sotto una certa pressione e temperatura, la resina in eccesso, le bolle d'aria e le sostanze bassobollenti vengono rimosse dal grezzo prepreg, compattando il grezzo e raggiungendo sostanzialmente lo spessore prestabilito. Il grezzo precompattato non assorbirà più la colla durante l'indurimento. Dopo questa fase, il contenuto di resina nel materiale composito in fibra di carbonio e lo spessore del tubo possono essere efficacemente controllati.
3. Processo di termoretrazione
Oltre ai metodi di cui sopra, il processo di termoretrazione può essere utilizzato anche per migliorare la qualità della superficie e la precisione di fabbricazione dei tubi in fibra di carbonio. Durante l'indurimento ad alta temperatura, il materiale termoretraibile può trasmettere efficacemente la pressione dell'autoclave ed eliminare uniformemente l'influenza delle pieghe del sacco a vuoto e del feltro traspirante sul materiale composito. Quando si selezionano i materiali termorestringenti, è necessario considerare in modo completo diverse dimensioni come la temperatura di restringimento, il tasso di restringimento e la resistenza alla temperatura.
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