Pultruziya olunmuş karbon lif borusu və polad: Sifariş verən alıcılara sifarişdən əvvəl nə deyirəm

Mən 1989-cu ildən bəri kompozit sahəsindəyəm. Əvvəlcə əl ilə qatma üsulu, sonra 1990-cı illərin ortalarından etibarən pultruziya üsulu ilə məşğul oluram və xatırlamaq istəmədiyim qədər çox xətt çəkmişəm. Hər həftə biri zəng edir və eyni sualı verir: «Onların konstruksiyasında polad borunun yerinə pultruziya üsulu ilə hazırlanmış karbon tel boru istifadə edilə bilərmi?»

Bəzən cavab «bəli»dir və bu, heç də şəbəkədə deyil. Bəzən isə onları bu fikirdən imtina etməyə inandırıram və sifarişi itirirəm. Bu problem deyil. Sahada uğursuzluğa uğrayan bir boru, mənə satmadığım bir borudan daha çox xərc yaradır.

Sıxlıq Tamamilə Argументdir

KFRP-nin sıxlığı ilə poladın sıxlığı müqayisəsi masaya qoyduğum ilk rəqəmdir. Karbon teli ilə gücləndirilmiş polimer 1,55–1,60 q/sm³ aralığında, yumşaq polad isə 7,85 q/sm³, alüminium isə 2,70 q/sm³-dir. Eyni ölçülərdə birini digəri ilə əvəz etsəniz, kütlədə təxminən 80 faiz azalma baş verər.

Lakin heç kim belə alış-veriş etmir. Siz materiala əsaslanaraq yenidən dizayn edirsiniz və bunu etdikdə, eyni qırılma sərtliyi şəraitində dürüst qənaət 55–70 faiz arasındadır. Hələ də çox böyükdür. İki metrlik bir mastda bu, bir adamın onu daşıyabilmesi ilə iki adamın nifrətlə onu daşımaları arasındakı fərqdir.

Bu fərq budur ki, pultruziya üsulu ilə istehsal olunmuş karbon lifli fiber boru  alıcının sərt çəki limiti olduğu və dizaynda artıq yer qalmadığı halda həmişə birinci seçilməyə meyllidir.

Burada əksər təchizatçılar nəzərə almadığı hissə budur: Poladın modulu 200–210 GPa-dır. Standart modullu pultruziya üsulu ilə istehsal olunmuş CFRP-nin ox istiqamətində modulu lifin həcm fraksiyasından asılı olaraq 130–165 GPa arasında dəyişir. Hər kiloqram üçün karbon təxminən səkkiz dəfə üstün gəlir. Lakin kəsişmə vahidi üçün polad daha sərtdir. Əgər işiniz çəki deyil, məkanla məhdudlaşmışdırsa, polad daha yaxşı seçimdir və mən bunu telefonda da deməyə hazıram.

Mənası olan möhkəmlik rəqəmləri

Karbon lifafı borunun möhkəmliyi bazarlamada absurdluğa çevrilir. Satış sənədlərində 3500 MPa göstərilir, çünki bu, xam lifin filament çəkmə möhkəmliyidir, laminat deyil. Bunlara diqqət verməyin.

Həqiqi bir istiqamətli karbon lifli pultruziya profili 55–65 faiz lif həcmi ilə T700 sinifli ipəklərlə 1500–2400 MPa oxial çəkmə möhkəmliyi verir. Q235 poladın akma möhkəmliyi təxminən 370–500 MPa-dir. Sıxlığa böldükdə xüsusi möhkəmlik fərqi təxminən 15–20 dəfə olur. Bu, layihələndirmə üçün əhəmiyyətli rəqəmdir.

Eninə çəkmə başqa bir məsələdir və heç kim onu çap etmir. Bəlkə də 30–60 MPa, çünki yükü lif deyil, rezin daşıyır. İnterlaminar sürüşmə 40–70 MPa aralığındadır. Tamamlanma buradan baş verir. A pultruziya üsulu ilə istehsal olunmuş karbon lifli fiber boru istismarda demək olar ki, heç vaxt oxial gərginlikdə qırılmır. O, yan tərəfdən sıxıldığı üçün qırılır.

Pultruziya sizə nə verir və nə alır

Pultruziya davamlı rovingi rezin banyosundan və sonra isidilmiş kalıbdan keçirir. Hər şey sıfır dərəcədə gedir. Siz ən yüksək lif həcmi fraksiyasını əldə edirsiniz – bu, istənilən ümumi prosesdə əldə edilə bilən ən yüksək göstəricidir; eyni qiymətə roll-wrapped boru ilə müqayisədə oxial sərtlik də çox daha yüksəkdir.

Lakin siz burada halqa bərkliyini əldə etmirsiniz. Adətən səth örtüyü olur, bəzən daha ağır hissələrdə yüngül tikinti şəbəkəsi də istifadə olunur – və bu qədər. Roll-wrapped boru ±45 dərəcəli təbəqələr daşıyır. Pultruziya olunmuş karbon boru əsasən belə təbəqələrə malik deyil. Ona görə də o, burulmaya və lokallaşdırılmış radial yüklərə qarşı çox həssasdır.

2019-cu ildə bir müştərinin 14 mm məftili boyu tamamilə yarıldığını gördüm. Bir boru qıskacları, akkumulyatorlu matkapla sıxılmışdı. Qıskaclar heç vaxt sürüşmədi. Boru əvvəlcə halqa istiqamətində, təmiz qırılma yükünün təxminən üçdə birində uğursuz oldu.

Bu səs sizin xatirənizdə qalır.

Özünüzü utandırmadan ölçüsü düzgün seçmək

Ölçüləndirmə ən bahalı səhvlərin baş verdiyi yerdir. Hər bir pultruziya olunmuş karbon lif borusu xarici diametr (OD), daxili diametr (ID) və uzunluq əsasında satılır; alıcılar ilk iki parametrə diqqət yetirirlər, halbuki üçüncüsü məhsulun ümumiyyətlə işləyib-işləməməsini müəyyən edir.

A6 mm karbon lif borusu kataloqda ən kiçik ölçülü məhsuldur. Adətən 6 mm xarici diametr və 1 mm qalınlıqlı divara malikdir. Yüngül kvadrokopterlərin qanadları, çadır çubuqlarının ucları, radio idarə olunan tənzimləyici çubuqları və aktuator bağlantıları üçün istifadə olunur. 1 mm qalınlıqda laminat o qədər nazikdir ki, ehtiyatsız bir matkap ucun çıxış tərəfində laminatın parçalanmasına səbəb olur və bu zədəni bərpa etmək mümkün deyil. Bu səbəbdən matkap ucunu çıxış tərəfində qorumaq üçün borunun içini qısa bir qıfıl ilə doldurun və ya parçalanmanı qəbul edin.

14 mm karbon lif borusu ən çox təklif etdiyim ölçülü məhsuldur. 14×12 və ya 14×10 ölçüləri, bəzən teleskopik dəstlər şəklində təklif olunur. Kamera sürüşmə sistemləri, ağac budama çubuqları, geodeziya çubuqları, qida çubuqları və anten qüllələri üçün istifadə olunur. Bu diametrdə divar qalınlığı əsl seçim amilidir və əksər insanlar çox nazik divar seçirlər. 14 mm diametrli boruda 1 mm divar qalınlığı əyrilmə yükləri altında içmə borusu kimi davranır.

2000 mm uzunluğunda karbon lif boru müzakirəni tamamilə dəyişdirir. İki metrlik uzunluqda materialdan daha çox həndəsi faktorlar rol oynayır. Ucundan yüklənən 14 mm-lik boru möhkəmliyə deyil, burulmaya tabe olur. Eyler düsturu P_kritik = π²EI / (KL)² verir. Uzunluğu iki dəfə artırmaq kritik yükü dörd dəfə azaldır. Mən 5 kq-lıq uc yükü üçün 2000 mm uzunluğunda 6 mm-lik boru təyin edən alıcılara rast gəldim. Riyazi hesablamalar mən telefonu qaldırmadan əvvəl artıq “bəli” demirdi. Bu boru makaron kimi əyilər və sonra qatlanardı.

Teleskopik işlər üçün ovalıq və düzgünlük haqqında yazılı sorğu verin. Bir metrə bir millimetr normaldır. Xarici diametr (OD) toleransı ±0,1–0,2 mm əldə edilə bilər; lakin ucuz təchizatçılar bu göstəricini təmin edə bilmirlər — bu səbəbdən sahədə bölmələriniz yarımçıq çıxaraq qalır.

Dörd düym nə zaman doğru, nə zaman axmaq seçimdir

Adörd düym karbon lif boru 101,6 mm xarici diametrə (OD) malikdir. Bu struktur, avadanlıq deyil. Yerli burulmadan qabaq materialın limitlərinə çatmaqdan əvvəl ən azı 4–6 mm qalınlığında divar tələb olunur.

Bu ölçü üçün alətlər bahalıdır. Böyük kalıp, ağır çəkici və qalın hissənin daxilindəki ekzotermik reaksiya özü bir problemdir. 6 mm qalınlığında divarın mərkəzindəki rezin, laminatı daxildən xaricə doğru çatdıracaq qədər güclü ekzotermik reaksiyaya uğraya bilər. Xarici tərəfdən heç vaxt görməyəcəksiniz.

Biz hər bir qalın divarlı nümunəni kəsir və yoxlayırıq. 2021-ci ildə bir sifarişdə səth keyfiyyətinin çox yaxşı görünməsindən sonra belə yoxlama tələb etdim və on nümunədən üçündə mərkəzdə çatlama tapdım. Bütün partiyani rədd etdim. Təchizatçı bir həftə müddətində etiraz etdi.

4 düym ölçüsündə düşünün: hər yerdə karbon lazım olsa mı? Qarışıq qatlar – sərtlik üçün xarici tərəfdə karbon, qiymət və zərbəyə davamlılıq üçün daxili tərəfdə şüşə – tez-tez eyni performansın 80 faizini yarım qiymətə təmin edir. Mən bu fikri daim təkrarlayıram. Bu mənim marjımı azaldır, amma yenə də təkrarlayıram.

Alıcıların Borularını Öz Başlarına Nasıl Məhv Etmələri

Qısqaclar ən böyük öldürücüdür. Heç vaxt pultruziya olunmuş səthə birbaşa qısqaclamayın. Alüminium ferrul yapışdırın, daxili tıxac qoyun və ya rezin astarlı bölünə bilən blok istifadə edin. Boru sizin qısqaclama momentinə qədər maraqlanmır.

Sonra qalvanik korroziya var. Karbon lifi elektrik keçiricidir və alüminiumdan və ya poladdan daha nobeldir. Bir pultruziya üsulu ilə istehsal olunmuş karbon lifli fiber boru  ni nəm mühitdə alüminium kronsuzla birləşdirsəniz, kronsuz həll olur. Mən 18 ay müddətində dənizdə işləyən mastların armaturunun boz pastaya çevrildiyini görmüşəm. İzolyasiya üçün şüşə örtüyü təbəqəsi istifadə edin və ya düzgün silikonla paslanmayan polad istifadə edin və texniki xidmət müddətini qəbul edin.

Kəsmə üçüncüsüdür. Su ilə kəsin, toz çıxarın, həqiqi tənəffüs qoruyucusundan istifadə edin. Karbon tozu keçiricidir və yayılır. 2017-ci ildə ziyarət etdiyim bir zavodda boruları elektronika yığılan eyni stol üzərində slotlamaq üçün CNC idarəetmə qurğusunu sıradan çıxartdılar. Toz şkafların içərisinə çökdü və lövhəni qısa qirdaplandırdı. Karbonu montaj sahənizin yaxınlığında kəsməyin.

Sonra istilik. Pultruziya üçün standart epoksi sistemlərinin Tg göstəricisi 80–120 °C aralığında olur. Sinqzyan şəraitində bir qara boru, yüklənməyə başlamazdan əvvəl bu temperaturun yaxınlarına çatır. Tg-yə yaxınlaşdıqca sərtlik azalır. Bu, zəmanət iddiası deyil, fizika qanunudur.

Təxmini Dəyəri

Alıcılar tətbiq sahəsini açıqlamadan əvvəl həmişə məndən rəqəm tələb edirlər. Buna görə də aşağıda qiymət aralığı verilmişdir; bu aralıq 2022-ci ildən bəri volatil olan roving qiymətləri ilə dəyişir.

Həcm üzrə T300 sinifli rovingdən hazırlanmış 6 mm diametrli boru metr başına təxminən 3–6 dollar, 14 mm diametrli borular isə 8–15 dollar ayağına gəlir. T700 sinifinə keçid etdikdə qiymət rovingin özünün bahalı olması səbəbindən 30–40 faiz artır; heç kim qiyməti süni olaraq yüksəltmir. 4 düym diametrli və 5 mm qalınlıqlı divarlı boru metr başına 120–200 dollardır; burada siz materialdan əlavə die vaxtına da ödəyirsiniz.

Eyni xarici diametrə malik dəzgahla işlənmiş polad borunun qiyməti metr başına 2–4 dollardır. Bu nisbət yalnız sıxlıq cədvəlini oxuyan şəxsləri təəccübləndirir. A pultruziya üsulu ilə istehsal olunmuş karbon lifli fiber boru materialın dəyərindən beş dəfəyə qədər otuz dəfə bahadır və siz onu çəki qənaəti sayəsində, yük daşınması, quraşdırma işçiliyi, artıq lazım olmayan mühərrik və ya indi daşıya biləcəyiniz yük üçün özünü ödəyən səbəbdən alırsınız.

Əgər bu hallardan heç biri tətbiq olunmursa, polad alın. Mən bunu demək istəyirəm.

Sifariş əmri göndərməzdən əvvəl verməli olduğunuz suallar

Roving sinfini soruşun. T300, T700 və ya broker anbarından etiketlənməmiş bir şey. Lif həcmi fraksiyasını soruşun və əgər onu verə bilmirlərsə, onlar bunu heç vaxt ölçməyiblər. Hansı rezin sistemi – epoksi və ya vinil ester – və onun Tg-ni soruşun. Düzgünlük toleransını yazılı şəkildə soruşun.

200 mm-lik kəsilmə yox, tam uzunluqlu nümunə istəyin. Kəsilmələr yalnız iki metrdən yuxarıda görünən əyilməni, burulmanı və kalıp xətlərini gizlədir. Onların ASTM D3916 və ya ISO 527-ə görə test edib-etmədiyini və ya sadəcə ayda bir nümunə çəkib ümid bəslədiklərini soruşun.

Apultruded karbon lif boru istehsalçısı öz kalıplarında rovingin tellərinin ölçüsünü sizə deyə bilməyən şəxs təxmin edir və yanlış təxmin etdikdə ödənişi siz aparırsınız.

Həmçinin avadanlıq və ən az sifariş miqdarını (MOQ) əvvəlcədən ödəyin. Standart ölçülü məhsullar günlər içində göndərilir. 4 düym ölçüsündə və 5 mm qalınlığında divara malik fərdiləşdirilmiş profildən istifadə etmək üçün yeni kalıp tələb olunur, bu da üç-dörd həftə vaxt və avadanlıq haqqı deməkdir. Heç kəs bunu eşitməyi sevmir, lakin bu, fakturada sürpriz görməkdən yaxşıdır.

Polad hələ də ölməyib

Mən poladdan istifadə edirəm. O, ucuzdur, möhkəmdir, zərbələrə davam gətirir, UV şüaları ona heç bir təsir göstərmir və siz onu sahədə generator və frezə ilə qaynaqlaya bilərsiniz.

Çəki problemi başqa üsulla həll edilə bilmədikdə karbon həll yoludur. A pultruziya üsulu ilə istehsal olunmuş karbon lifli fiber boru heç bir metalın edə bilmədiyi şeyi edir: kütləsinin beşdə biri ilə ciddi yük daşıyır. Onun zəif tərəflərinə hörmətlə yanaşın və o, əvəz etdiyiniz poladdan daha uzun müddət xidmət edəcək.

Bu məhdudiyyətlərə hörmətsizlik edərsəniz, on sekiz aydan sonra mənimlə telefonla danışmağa və niyə pozulduğunu soruşmağa məcbur olacaqsınız.