Tubo de fibra de carbono

Os diferentes tipos de tubo de fibra de carbono
Existem dois tipos principais de tubos que abordamos neste tutorial: tubos pultrudados e tubos enrolados.
Os tubos pultrudados tendem a ter diâmetros menores e fornecem a máxima resistência longitudinal possível, mas ao custo de serem mais vulneráveis ​​ao esmagamento ou à fratura por torção. A superfície interna e externa destes são lisas com as fibras visíveis se observadas de perto. Esses tubos são formados puxando as fibras através de um banho de resina e uma matriz aquecida para formar o tubo. As fibras estão todas orientadas ao longo do seu comprimento. O processo de pultrusão significa que os tubos têm um bom nível de rigidez, mas são fáceis de dividir.

Introdução aos testes mecânicos
O objetivo destes testes mecânicos é fornecer dados comparativos entre os dois tipos de tubo de fibra de carbono, aço inoxidável 304 e alumínio 6063. Estamos usando os mesmos tamanhos de perfil ao longo dos testes, ou seja, 10 mm de diâmetro externo e 8 mm de diâmetro interno. Isso mostrará o desempenho relativo entre si para perfis idênticos.

Teste de resistência à tração
Este é um teste de tração simples onde os tubos são puxados até falharem. Os tubos são puxados até o seu limite elástico e depois puxados até quebrarem. O limite elástico é indicado pelo gradiente constante no gráfico e quando começa a ceder e passar para a deformação plástica, o gradiente diminui até quebrar. Como tal, o ponto de escoamento é muito mais importante de observar.

Teste de resistência à compressão
Este é um teste de compressão relativamente simples, pressionando o tubo entre duas garras. As amostras de metal se comportam praticamente como esperado e os tubos de carbono falham novamente na aderência, mostrando as limitações do método de teste. O tubo de aço tem o melhor desempenho com 1,5 toneladas, seguido pelos tubos pultrudados e enrolados com pouco menos de uma tonelada, com o tubo de alumínio falhando com cerca de meia tonelada.

Teste de rigidez torcional
Estamos comparando os tubos com uma carga de torção conhecida para fornecer dados comparativos até que os tubos escorreguem nas garras ou falhem. É particularmente difícil conseguir uma boa aderência neste tipo de teste para aguentar até a falha, mas podemos testá-los até um nível conhecido. Neste caso, 5 newton metros, que é o que você pode conseguir com uma chave de fenda, e continue até que a alça ou o tubo falhe.

3-teste de flexão de ponto
Este é um teste de flexão de 3 pontos para os tubos. Usando cabeçotes de ferramentas personalizados para mostrar deformação elástica e, finalmente, plástica e, eventualmente, falha. Como esperado, ambos os tubos metálicos falharam devido à deformação plástica e à flexão. Os tubos de carbono desviaram antes de falharem devido à rachadura e esmagamento do tubo. O tubo enrolado teve o melhor desempenho com cerca de 200 kg, seguido de perto pelo tubo de aço com 175 kg. O tubo pultrudado falhou em torno de 140kg, seguido pelo alumínio em 50kg. Este teste destaca particularmente o benefício das fibras adicionais em um tubo enrolado em comparação com os tubos pultrudados.

Resultados e considerações do tubo pultrudado
Nesta seção consideramos os resultados e como eles podem influenciar o uso deste tipo de tubos. Em cargas puramente de tração e compressão, esses tubos oferecem desempenho excepcional para seu peso. Carregados em todo o seu comprimento, esses tubos pultrudados são tão fortes quanto um tubo de carbono, mas isso prejudica o desempenho de torção, o esmagamento e a resistência à divisão.

Resultados e considerações do tubo enrolado em rolo
Nesta seção consideramos os resultados e como eles podem influenciar o uso deste tipo de tubos. Como visto nos testes de tração e compressão, estes tubos apresentam desempenho quase tão bom quanto os pultrudados. O teste de curvatura de três pontos realmente destacou o benefício das fibras do aro e a resistência ao esmagamento que elas ofereceram em relação aos tubos pultrudados. Ele também destacou como as fibras do aro melhoram ligeiramente a resistência à torção.

Limitações dos tubos de fibra de carbono
Embora o desempenho dos tubos de fibra de carbono seja muito bom para muitas aplicações, também existem limitações e usos onde os tubos de fibra de carbono podem não ser ideais ou adequados. Abordaremos alguns exemplos comuns aqui. Um bom exemplo onde a fibra de carbono pode não ser adequada são as aplicações em altas temperaturas. A fibra de carbono irá deteriorar-se severamente acima de 120 graus c. Eles não são adequados para aplicações que envolvam altos níveis de abrasão, como rolamentos deslizantes e buchas, onde a superfície se desgastará muito rapidamente. A usinagem de precisão, como o corte de roscas, não funciona bem, pois a rosca seria muito fraca - uma solução melhor é usar uma pastilha de metal ou similar com a rosca no metal para tais aplicações.