Прочность, намотка и узор трубок (заметки)*

Чем отличаются намотанные трубки от трубок, накатанных из углеткани:

Ссылки на Youtube-видео от американской компании РокВестКомпозитес, где в сжатом виде показаны процессы намотки и накатки, а также дано сравнение получаемых трубок:

- намотка

- накатка

- сравнение

"М-Карбо" производит трубки только методом намотки

Намотка позволяет максимально использовать свойства углеволокна, содержащегося в трубке

Все нити можно направить по заданной нагрузке, будь то изгиб, кручение, вибрация, сдавливание и т.д.

Каждый слой намотки может быть разным, например, внутренний - обруч, далее намотка 15 градусов, затем 10 градусов, а финишный слой 45 градусов и т.д.

Можно чередовать ровинг для каждого из слоев. Внутренний слой из ровинга 3к, затем сделать слой из ровинга 12К и т.д.

Трубка, накатанная из ткани, неизбежно содержит половину нитей (основа либо уток), которые бесполезны при заданной нагрузке (т.к. основа и уток перпендикулярны)

По этой причине для одной и той же нагрузки намотанная трубка может быть до 2 раз легче, и в ней все нити будут работать полезно. В основном это касается трубок со стенкой более 2мм

 

Трубки с кольцевым и прямоугольным сечением

Трубка с квадратным сечением прочнее трубки с круглым сечением (при равной массе) в разы. Теория - модуль сечения

Квадратную трубку сделать намного сложнее круглой. Кроме внутренней оправки нужна оправка внешняя, это значительно ограничивает предлагаемый диапазон размеров

Оправки

Образующий (исходный) размер для углепластиковой трубки - внутренний диаметр

Это диаметр оправки, на который наматывается пропитанный смолой углеродный ровинг

У нас есть оправки от 6 до 150мм, включая некоторые неформатные виды (дробно-дюймовые и велосипедные)

Тонкие оправки (от 6 до 12мм) позволяют мотать трубку не более 2000мм

Далее в зависимости от диаметра оправки максимальная длина трубки может быть от 2500 до 7000мм

 

Намотка и шлифовка

Наматывая ровинг (нить) на оправку слой за слоем, мы добиваемся нужного внешнего диаметра (или толщины стенки)

Один слой намотки ровинга - это примерно 0,5мм толщины стенки трубки. Например, трубка 26х29мм - это 3 слоя ровинга

Для получения точного внешнего диаметра и красивого внешнего вида трубку необходимо шлифовать

Сверху: исходная трубка без шлифовки после снятия бандажной пленки   Центр: начальная шлифовка (снятие минимального внешнего слоя, ок. 0,1мм)   Внизу: интенсивная шлифовка до нужного размера, снятие до 0,7мм от исходного диаметра

Минимально возможная толщина стенки трубки - около 0,8мм (2 слоя ровинга 12К дают 1мм и дополнительно можно часть второго слоя сошлифовать)

По умолчанию точность шлифовки делаем в пределах +/- 0,3мм от номинального значения

Более точная шлифовка - по согласованию с клиентом

 

Угол намотки и его влияние на свойства трубки

Для прочности на изгиб максимальная отдача от углеволокна - если намотать под углом 0 градусов к оси трубки. Это невозможно для намотки (но возможно пултрузией)

Для реального применения важно, чтоб была достаточная прочность и на сжатие (иначе трубка разламывается от сдавливания пальцами)

Поэтому мы мотаем трубки под углом от 10 до 15 градусов для нагрузки на изгиб (проекция прочности и на ось Х, и на ось Y)

Реализация прочности углеволокна - это проекция максимально возможного сопротивления на плоскость, в которой происходит работа

 

Когда важно отдать часть прочности на амортизацию резких движений (например, весло), тогда мотаем под углом 20-25 градусов

Для нагрузки на кручение оптимальным углом является 45 градусов (часть прочности работает на кручение, часть - на стабилизиацию трубки при вращении)

Для нагрузки на сжатие трубки снаружи, или для выдерживания большого давления изнутри трубку мотают под углом более 55 градусов

 

При намотке возможна (скорее обязательна) комбинация различных углов намотки от слоя к слою. Это позволяет оптимизировать физико-механические показатели трубки

 

Узор намотки

Узор намотки, как правило, мы делаем на свое усмотрение, за исключением случаев, когда клиент требует согласования узора (и когда прочность и физмех вторичны)

Угол намотки ровинга определяем совместно к клиентом, т.к он влияет на вид нагрузки для трубки (баланс изгиб/кручение)

Тип узора намотки можно определить по количеству и типу треугольников на ширину т.н. "развертки" намотанной трубки

Интенсивная шлифовка поверхности добавляет "затертости" базовому рисунку, вплоть до полного отсутствия повторяемости (потери узора)

 

Размеры и вес некоторых трубок, производимых ООО "М-Карбо"

* размеры указаны НОМИНАЛЬНО

** заполнение ведется по мере накопления статистики, информация обновляется

*** по состоянию на 2024г собрана информация примерно о 150 размерах трубок (фактический вес на фактический внешний диаметр 1м трубки). Данные предоставим по запросу.

	Внут х Внеш диам, мм	Толщина стенки, мм	Вес 1 метра, г +/- 5%	Максимальная длина намотки, мм
1	6х10	2,0	80	1500
2	8х9,8	0,9	40	1500
3	8х10	1,0	49	1500
4	10х11,5	0,7	39	2550
5	10х12	1,0	57	2550
6	10х14	2,0	120	2550
7	12х16	2,0	136	2550
8	13х15	1,5	72	2550
9	14х16	1,0	80	2550
10	14х19	2,5	205	2550
11	15х19	2,0	166	2550
12	16х18	1,0	78	2550
13	16х20	2,0	170	2550
14	17х19	1,0	91,5	2550
15	17х20	1,5	141	2550
16	18х24	3,0	310	2550
17	20х22	1,0	105	2550
18	20х24	1,0	120	2550
19	22х25	1,5	178	2550
20	22х26	2,0	236	2550
21	22х27	2,5	292	2550
22	23х25	1,0	120	2750
23	24х30	3,0	387	4150
24	25х27	1,0	122	4150
25	26х29	1,5	203	4150
26	27х30	1,5	205	4150
27	28х32	2,0	306	4150
28	29х35	3,0	484	4150
29	63х66	1,5	483	4150
30	95х99	2,0	937	4150