Unterschiede in den Prozessen
Kohlenstofffaserrohre werden im Allgemeinen durch Pultrusion, Wickeln und Walzen hergestellt.
Diese Verfahren haben ihre eigenen Vor- und Nachteile: Durch Pultrusionsformen lässt sich leicht eine Faserkontinuität erreichen, jedoch sind keine beliebigen Änderungen des Faserwinkels möglich.
Der Wickelprozess kann entsprechend den Wicklungsgesetzen der Spannungsbedingungen des Produkts gestaltet werden, wodurch die Festigkeit der Faser voll zum Tragen kommt und die für das Rohr erforderlichen Struktureigenschaften maximal gewährleistet werden können. Allerdings ist die Anpassungsfähigkeit der Wickelform gering und es ist nicht möglich, sie um jede beliebige Strukturform des Produkts zu wickeln.
Der Walzprozess weist einen hohen Grad an mechanischer Automatisierung auf, das fertige Rohr weist eine höhere Festigkeit als beim Pultrusionsprozess auf und das Erscheinungsbild kann auch ein 3k-Webmuster aufweisen, das in einem größeren Bereich anwendbar ist, und die Kosten sind relativ höher.
Auswahl der Rohstoffe
Die Festigkeit von Kohlefaserrohren wird durch das Kohlefasermaterial bestimmt. Die mechanischen Eigenschaften und Kostenunterschiede verschiedener Serien von Kohlefasergarnen sind ebenfalls sehr unterschiedlich und bestimmen letztendlich die Leistung und den Preis der Kohlefaserrohre.
Die Wahl des Harzes sollte nicht vernachlässigt werden. Die Hauptaufgabe des Harzes besteht darin, die Kohlenstofffasern zusammenzukleben, die Last zwischen den Kohlenstofffasern zu verteilen und die Kohlenstofffasern vor Umwelteinflüssen zu schützen. Bei der Wahl der Harzmatrix müssen die Prinzipien der einfachen Aushärtung, der starken Haftkraft, der geringen Schrumpfung und der guten mechanischen Eigenschaften beachtet werden.
Werkstoff des Dorns
Kernformen aus unterschiedlichen Materialien wirken sich auf die Oberflächengenauigkeit und Leistung des Rohres aus.
Bei der Herstellung einiger Low-End-Carbonfaserrohre werden Polyvinylalkohol-Sand, Holz-Glasfaser und andere Materialien verwendet, um Wickelkernformen herzustellen. Diese Materialien vertragen jedoch keine Aushärtungstemperaturen über 150 Grad und die Verarbeitung ist zu grob, um hochwertige Carbonfaserrohre herzustellen.
Stahl und Duraluminium sind zwei häufiger verwendete Kernmaterialien. Stahl ist dichter und härter als Duraluminium, aber sein Wärmeausdehnungskoeffizient ist nicht so hoch wie der von Duraluminium. Hochleistungsfähige Kohlenstoffrohre müssen bei hohen Temperaturen ausgehärtet werden, und Epoxidharzsysteme können bei bis zu 170 Grad ausgehärtet werden. Der durch die Wärmeausdehnung von Duraluminium erzeugte innere Aushärtungsdruck ist ein guter Weg, um die Dichte und die mechanischen Eigenschaften von Kohlenstoffrohren zu verbessern.
Technische Punkte der Entformung
Um das Entformen zu erleichtern, wird vor dem Aufwickeln normalerweise ein Trennmittel auf die Oberfläche des Dorns aufgetragen. Bei der Herstellung von Hochleistungs-Kohlefaserrohren neigen organische Trennmittel jedoch dazu, während des Aushärtungsprozesses in das Harz einzudringen, was zu Schäden an den fertigen Rohren führt und deren Leistung beeinträchtigt.
Um dies zu vermeiden, kann die Auswahl eines fluorhaltigen Trennmittels die Defekte wirksam reduzieren.
Dorne müssen wiederholt verwendet werden. Wenn Sie beim Entformen den Kopf durch Drehen oder Klemmen entfernen, wird die Oberfläche des Dorns beschädigt.
Sie müssen die Wunde mit Hochtemperaturkleber flicken oder schweißen und anschließend an Ort und Stelle schleifen. Andernfalls wird die Produktqualität der nächsten Charge Kohlefaserrohre direkt beeinträchtigt.
Kohlefaserrohre weisen gegenüber herkömmlichen Metallrohren mehrere Leistungsvorteile auf, wie z. B. hohe Festigkeit, Korrosionsbeständigkeit, kleiner Wärmeausdehnungskoeffizient, Kriechfestigkeit, Selbstschmierung, Dauerfestigkeit und lange Lebensdauer. Darüber hinaus sind sie auch energieabsorbierend und seismisch. Am wichtigsten sind ihre geringe Dichte und ihr geringes Gewicht. Im Vergleich zu Stahlrohren kann das Gewicht um mehr als 80 % reduziert werden.
Aber aus der Anwendungssituation heraus können Kohlefaserrohre die oben genannten Leistungsvorteile tatsächlich widerspiegeln, oder sie hängen von vielen technischen Faktoren in der tatsächlichen Produktion ab.
