El tubo de fibra de carbono, también conocido como tubo de fibra de carbono o tubo de fibra de carbono, está hecho de un material compuesto de fibra de carbono impregnado con resina de poliéster a base de estireno, calentado, curado y pultruido (bobinado). Durante el proceso de fabricación, se pueden producir varios perfiles a través de diferentes moldes, como tubos redondos de fibra de carbono de diferentes especificaciones, tubos cuadrados de diferentes especificaciones, placas de diferentes especificaciones, etc. Durante el proceso de fabricación, 3K también se puede utilizar para embellecer y empaquetar superficies. Sabemos que la base de los tubos de fibra de carbono es la fibra de carbono, que es una fibra polimérica inorgánica con un contenido de carbono superior al 90%. Las fibras de grafito con un contenido de carbono superior al 99 se denominan fibras de grafito. La microestructura de la fibra de carbono es similar a la del grafito artificial, que es una estructura de grafito desordenada. El espacio entre capas de fibra de carbono es de aproximadamente 3,39 ~ 3,42 a. La disposición de los átomos de carbono entre capas paralelas no es tan regular como la del grafito, y las capas están conectadas entre sí mediante fuerzas de van der Waals.
Se suele considerar que la estructura de la fibra de carbono está compuesta por cristales ordenados bidimensionales y agujeros. El contenido, el tamaño y la distribución de los agujeros tienen un gran impacto en el rendimiento de la fibra de carbono.
Cuando la porosidad es inferior a un cierto valor crítico, la porosidad no tiene ningún efecto obvio sobre la resistencia al corte interlaminar, la resistencia a la flexión y la resistencia a la tracción de los materiales compuestos de fibra de carbono. Algunos estudios han señalado que la porosidad crítica que hace que las propiedades mecánicas de los materiales disminuyan es de 1-4. Cuando el contenido de volumen de poros está en el rango de 0-4, por cada aumento en el contenido de volumen de poros de 65438 ± 0, la resistencia al corte interlaminar disminuye en aproximadamente 7. A través de investigaciones sobre laminados de resina epoxi de fibra de carbono y resina de bismaleimida de fibra de carbono, se descubrió que cuando la porosidad excede 0,9, la resistencia al corte interlaminar comienza a disminuir. Según los experimentos, los poros se distribuyen principalmente entre haces de fibras y en la interfaz entre capas. Y cuanto mayor es el contenido de poros, mayor es el tamaño de los poros y se reduce significativamente el área de interfaz entre capas en el laminado. Los materiales tienden a romperse a lo largo de las capas intermedias cuando se les aplica tensión, razón por la cual la resistencia al corte interlaminar es relativamente sensible a los poros. Además, los poros son áreas de concentración de tensiones y tienen una capacidad de carga débil. Cuando se los somete a presión, los poros se expanden para formar una grieta larga, que se destruye.
Incluso dos laminados con la misma porosidad (utilizando diferentes métodos de preimpregnado y métodos de fabricación en el mismo ciclo de curado) exhiben un comportamiento mecánico completamente diferente. Los valores específicos en los que las propiedades mecánicas disminuyen al aumentar la porosidad son diferentes, lo que indica que el efecto de la porosidad sobre las propiedades mecánicas es discreto y repetitivo. El efecto de la porosidad sobre las propiedades mecánicas de los laminados compuestos es un tema muy complejo debido a la inclusión de muchos factores variables. Estos factores incluyen: forma, tamaño y ubicación de los poros; propiedades mecánicas de las fibras, matriz y cargas estáticas o dinámicas;
En comparación con la porosidad y la relación de aspecto de los poros, el tamaño y la distribución de los poros tienen un mayor impacto en las propiedades mecánicas. También se encontró que los poros grandes (área >0,03 mm2) tienen un impacto negativo en las propiedades mecánicas, lo que se atribuye al efecto de la porosidad en la propagación de grietas en la zona rica en pegamento entre capas.
La fibra de carbono es un material nuevo con excelentes propiedades mecánicas. Tiene dos características principales: la alta resistencia a la tracción de los materiales de carbono y la procesabilidad de la fibra blanda. La resistencia a la tracción de la fibra de carbono es de aproximadamente 2 a 7 GPa y el módulo de tracción es de aproximadamente 200 a 700 GPa. La densidad es de aproximadamente 65438 ± 0,5 ~ 2,0 gramos/centímetro cúbico, lo que no sólo está relacionado con la estructura del precursor, sino que también depende de la temperatura de carbonización. Generalmente, después de la grafitización a alta temperatura a 3000°C, la densidad puede alcanzar 2,0 g/centímetro cúbico. Además de su peso ligero, su gravedad específica es más ligera que la del aluminio, menos de 1/4 de la del acero, y su resistencia específica es 20 veces mayor que la del hierro. El coeficiente de expansión térmica de la fibra de carbono es diferente al de otras fibras y tiene características anisotrópicas. La capacidad calorífica específica de la fibra de carbono es generalmente de 7,12.
La conductividad térmica disminuye a medida que aumenta la temperatura, siendo negativa (0,72 ~ 0,90) paralela a la dirección de la fibra y positiva (32 ~ 22) perpendicular a la dirección de la fibra. La resistencia específica de la fibra de carbono está relacionada con el tipo de fibra. A 25°C, el módulo alto es 775 y la fibra de carbono de alta resistencia es 1500 por centímetro. Esto le da a la fibra de carbono la resistencia específica y el módulo específico más altos de todas las fibras de alto rendimiento. En comparación con materiales metálicos como el titanio, el acero y el aluminio, la fibra de carbono tiene las características de alta resistencia, alto módulo, baja densidad y pequeño coeficiente de expansión lineal en términos de propiedades físicas, lo que la convierte en el rey de los nuevos materiales.
Además de las características de los materiales de carbono ordinarios, la fibra de carbono también tiene una suavidad anisotrópica obvia y se puede procesar en varios tejidos. Debido a su baja gravedad específica, muestra una alta resistencia a lo largo del eje de la fibra. Los materiales compuestos de resina epoxi reforzada con fibra de carbono tienen los indicadores integrales más altos de resistencia específica y módulo específico entre los materiales estructurales existentes. La resistencia a la tracción de los materiales compuestos de resina de fibra de carbono es generalmente superior a 3500 MPa, que es de 7 a 9 veces mayor que la del acero, y el módulo elástico a la tracción es de 230 a 430 G Pa, que también es mayor que el del acero. Por lo tanto, la resistencia específica del CFRP, es decir, la relación entre la resistencia del material y la densidad, puede alcanzar más de 2000 MPa, mientras que la resistencia específica del acero A3 es solo de aproximadamente 59 MPa y su módulo específico también es mayor que el del acero. En comparación con la fibra de vidrio tradicional, el módulo de Young (una cantidad física que representa la resistencia a la tracción o a la compresión de un material dentro de su límite elástico) es más de tres veces mayor que el de la fibra de vidrio. En comparación con la fibra de Kevlar, no sólo el módulo de Young es aproximadamente 2 veces mayor. Las pruebas de laminados epoxi de fibra de carbono muestran que la resistencia y el módulo disminuyen a medida que aumenta la porosidad. La porosidad tiene una fuerte influencia en la resistencia al corte interlaminar, la resistencia a la flexión y el módulo de flexión. A medida que aumenta la porosidad, la resistencia a la tracción disminuye relativamente lentamente; el módulo de tracción se ve menos afectado por la porosidad.
La fibra de carbono también tiene una finura excelente (una de las expresiones de finura son los gramos de fibra de 9000 metros de largo), que generalmente es de solo 19 gramos, y la fuerza de tracción llega a los 300 kg por micrón. Casi ningún otro material tiene tantas propiedades excelentes como la fibra de carbono, por lo que tiene requisitos estrictos en cuanto a tamaño, rigidez, peso, características de fatiga, etc. La fibra de carbono no entra en contacto con el aire ni con oxidantes, puede soportar altas temperaturas de más de 3000 grados y tiene una excelente resistencia al calor. En comparación con otros materiales, cuando la temperatura es superior a 1500°C, la resistencia de la fibra de carbono comienza a disminuir. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la resistencia de la fibra. La resistencia radial de la fibra de carbono no es tan buena como la resistencia axial, por lo que la fibra de carbono debe evitar la resistencia radial (es decir, no se puede anudar) y el rendimiento de los bigotes de otros materiales se ha visto muy comprometido. Además, la fibra de carbono también tiene buena resistencia a las bajas temperaturas, como por ejemplo, no se vuelve quebradiza a la temperatura del nitrógeno líquido.
Por lo tanto, en general, los tubos de fibra de carbono tienen las ventajas de alta resistencia, larga vida útil, resistencia a la corrosión, peso ligero y baja densidad. Tiene una serie de excelentes propiedades como estabilidad dimensional, conductividad eléctrica, conductividad térmica, pequeño coeficiente de expansión térmica, absorción de energía autolubricante y resistencia a terremotos. Tiene un alto módulo específico, resistencia a la fatiga, resistencia a la fluencia, resistencia a altas temperaturas, resistencia a la corrosión y resistencia al desgaste.
La fibra de carbono también se utiliza mucho en la actualidad. Además de los materiales aeroespaciales y productos militares que conocemos, también es muy rico en aplicaciones civiles. Los tubos de fibra de carbono son inseparables de la vida diaria. Debido a su dureza y ligereza únicas, se utilizan ampliamente en equipos mecánicos como cometas, modelos de aviones, soportes de iluminación, husillos de equipos de PC, máquinas de grabado, equipos médicos y equipos deportivos. Entonces, si desea elegir productos relacionados, los productos de fibra de carbono son definitivamente una mejor opción, pero precisamente por sus excelentes características del producto, el precio no es más alto que el de otros productos. El editor cree que con buenos productos y una experiencia de alta calidad, ¿qué tiene de malo el precio?