कार्बन फाइबर गोल ट्यूब

कार्बन फाइबर ट्यूब के विभिन्न प्रकार
इस ट्यूटोरियल में हम दो मुख्य प्रकार की ट्यूबों को कवर कर रहे हैं: पुलट्रूडेड ट्यूब और रोल रैप्ड ट्यूब।
पुलट्रूडेड ट्यूब छोटे व्यास में होती हैं और अधिकतम संभव अनुदैर्ध्य ताकत प्रदान करती हैं लेकिन कुचलने या मरोड़ वाले फ्रैक्चर के प्रति अधिक संवेदनशील होने की कीमत पर। ध्यान से देखने पर इनकी भीतरी और बाहरी सतह चिकनी होती है और रेशे दिखाई देते हैं। इन ट्यूबों का निर्माण राल स्नान के माध्यम से तंतुओं को खींचकर किया जाता है और ट्यूब बनाने के लिए गर्म डाई का उपयोग किया जाता है। सभी रेशे अपनी लंबाई के नीचे की ओर उन्मुख होते हैं। पल्ट्रूज़न प्रक्रिया का मतलब यह है कि ट्यूबों में कठोरता का स्तर अच्छा है लेकिन उन्हें विभाजित करना आसान है।
रोल-लिपटे कार्बन फाइबर ट्यूब बड़े व्यास वाले होते हैं और - सुदृढीकरण की उनकी वैकल्पिक परतों के कारण - अधिक लचीली ट्यूब उत्पन्न करते हैं, विशेष रूप से बलों को कुचलने और मोड़ने के लिए। घेरा की मजबूती के लिए इन ट्यूबों में लंबाई के नीचे और चारों ओर फाइबर होते हैं। वे ओवन में ठीक होने से पहले एक खराद के चारों ओर प्री-प्रेग की परतों को लपेटकर बनते हैं। उनकी अंदरूनी फ़िनिश चिकनी होती है। बाहरी फिनिश चिकनी या रिब्ड फिनिश वाली हो सकती है। विनिर्माण प्रक्रिया से रिब्ड फ़िनिश बची हुई है। हमारे बुने हुए फ़िनिश ट्यूबों पर इसे ज़मीन से हटा दिया जाता है और ट्यूबों पर उच्च चमक फ़िनिश के लिए लैकर लगा दिया जाता है। रोल लपेटे हुए ट्यूब घेरा की मजबूती के लिए थोड़ी मात्रा में कठोरता का त्याग करते हैं जो उन्हें पुलट्रूड ट्यूबों की तुलना में अधिक सर्वांगीण ताकत और बेहतर क्रश और स्प्लिट प्रतिरोध प्रदान करता है।
ट्यूब निर्माण के अन्य तरीकों में पुल वाइंडिंग शामिल है लेकिन इसमें अतिरिक्त हेलिकल फाइबर भी शामिल हैं। फिलामेंट वाइंडिंग जहां फाइबर को एक खराद के चारों ओर लपेटा जाता है, मुख्य रूप से दबाव वाहिकाओं जैसे अतिरिक्त घेरा ताकत के लिए। इसके अलावा ट्यूबों को बाहरी सांचे और भीतरी मूत्राशय का उपयोग करके ढाला जा सकता है, जो आमतौर पर अधिक जटिल आकार वाली ट्यूबों के लिए किया जाता है।
यांत्रिक परीक्षण
इन यांत्रिक परीक्षणों का उद्देश्य दो प्रकार के कार्बन फाइबर ट्यूब, 304 स्टेनलेस स्टील और 6063 एल्यूमीनियम के बीच तुलनात्मक डेटा प्रदान करना है। हम पूरे परीक्षण में समान प्रोफ़ाइल आकार का उपयोग कर रहे हैं, अर्थात् 10 मिमी बाहरी व्यास और 8 मिमी अंदर व्यास। यह समान प्रोफाइल के लिए एक-दूसरे के सापेक्ष प्रदर्शन दिखाएगा।
हम किसी विशिष्ट परीक्षण मानकों पर काम नहीं कर रहे हैं क्योंकि ऐसे कोई मानक नहीं हैं जो किए जा रहे सभी सामग्रियों और परीक्षणों के लिए काम करेंगे। इसके अलावा हम किलोग्राम में परिवर्तित होने वाली मानक एसआई इकाइयों का उपयोग नहीं कर रहे हैं। इसका उद्देश्य बड़ी संख्या में देखने वाले लोगों के लिए आंकड़ों को अधिक प्रासंगिक और जानकारीपूर्ण बनाना है। इन परीक्षणों के लिए कई ग्रिप्स विशेष रूप से तैयार किए गए हैं, इसलिए परीक्षणों को कार्यान्वित करने के लिए कुछ समझौते करने होंगे।
तन्य शक्ति परीक्षण
यह एक साधारण तन्यता परीक्षण है जहां ट्यूबों को तब तक खींचा जाता है जब तक वे विफल न हो जाएं। ट्यूबों को उनकी लोचदार सीमा तक खींचा जाता है और फिर तब तक खींचा जाता है जब तक वे टूट न जाएं। लोचदार सीमा को ग्राफ़ पर निरंतर ग्रेडिएंट द्वारा दर्शाया जाता है और जब यह उत्पन्न होना शुरू होता है और प्लास्टिक विरूपण की ओर बढ़ता है, तो ग्रेडिएंट तब तक कम हो जाता है जब तक कि यह टूट न जाए। ऐसे में उपज बिंदु पर ध्यान देना कहीं अधिक महत्वपूर्ण है।
सभी सामग्रियों के लिए परीक्षण दोहराया जाता है। कार्बन ट्यूबों के साथ, विफलता पकड़ में है। यह उपयोग की जाने वाली पकड़ विधि की एक सीमा है जो उस क्षेत्र में तनाव की एकाग्रता रखती है, इसलिए बेहतर पकड़ विधि के साथ, बहुत अधिक परिणाम की उम्मीद की जाएगी। यदि वे इस तरह से विफल नहीं हुए होते, तो हमें उम्मीद थी कि पल्ट्रूज़न स्टील की तुलना में 3 गुना और एल्युमीनियम की तुलना में 16 गुना होगा।
कंप्रेसिव स्ट्रेंथ टेस्ट
यह ट्यूब को दो पकड़ों के बीच दबाने वाला एक अपेक्षाकृत सरल संपीड़न परीक्षण है। धातु के नमूने अपेक्षा के अनुरूप व्यवहार करते हैं और कार्बन ट्यूब फिर से पकड़ में विफल हो जाते हैं जो परीक्षण विधि की सीमाओं को दर्शाता है। 1.5 टन के साथ स्टील ट्यूब सबसे अच्छा प्रदर्शन करती है, इसके बाद पुलट्रूडेड और रोल रैप्ड ट्यूब एक टन से भी कम वजन के साथ आती हैं, एल्युमीनियम ट्यूब लगभग आधा टन के साथ विफल हो जाती है।
मरोड़ कठोरता परीक्षण
हम तुलनात्मक डेटा प्रदान करने के लिए ज्ञात टॉर्सनल लोड के साथ ट्यूबों की तुलना कर रहे हैं जब तक कि ट्यूब पकड़ में फिसल न जाएं या विफल न हो जाएं। इस प्रकार के परीक्षण में विफलता तक पकड़ बनाए रखना विशेष रूप से कठिन होता है, लेकिन हम उन्हें एक ज्ञात स्तर तक परीक्षण कर सकते हैं। इस मामले में 5 न्यूटन मीटर जो कि आप स्क्रूड्राइवर से हासिल कर सकते हैं, तब तक जारी रखें जब तक ग्रिप या ट्यूब विफल न हो जाए।
प्रत्येक ट्यूब के लिए हमने परीक्षण किया कि 5 न्यूटन मीटर लोड पर रोटेशन की कितनी डिग्री थी और तब तक जारी रखा जब तक ट्यूब की पकड़ विफल नहीं हो गई। स्टेनलेस स्टील ने सबसे अच्छा प्रदर्शन किया, उसके बाद एल्युमीनियम का स्थान रहा। कार्बन ट्यूबों में से उन दोनों ने खराब प्रदर्शन किया, रोल में लिपटे ट्यूब थोड़ा बाहर की ओर निकले हुए थे।
3-प्वाइंट बेंड टेस्ट
यह ट्यूबों के लिए एक फ्लेक्सुरल 3 पॉइंट बेंड टेस्ट है। लोचदार और अंततः प्लास्टिक विरूपण और अंततः विफलता दिखाने के लिए कस्टम टूल हेड का उपयोग करना। जैसा कि अपेक्षित था, दोनों धातु ट्यूब प्लास्टिक विरूपण और झुकने के कारण विफल हो गए। ट्यूब के टूटने और कुचलने से विफल होने से पहले कार्बन ट्यूब विक्षेपित हो गईं। रोल रैप्ड ट्यूब ने लगभग 200 किग्रा में सबसे अच्छा प्रदर्शन किया, उसके बाद स्टील ट्यूब ने 175 किग्रा में सबसे अच्छा प्रदर्शन किया। पुलट्रूड ट्यूब लगभग 140 किग्रा पर विफल हो गई और उसके बाद एल्युमीनियम 50 किग्रा पर विफल हो गया। यह परीक्षण विशेष रूप से पल्ट्रूडेड ट्यूबों की तुलना में रोल रैप्ड ट्यूब पर अतिरिक्त घेरा फाइबर के लाभ पर प्रकाश डालता है।
जब हम सामग्रियों के वजन और सापेक्ष घनत्व को ध्यान में रखते हैं, तो परिणामों का संतुलन काफी हद तक बदल जाता है। स्टेनलेस 8 ग्राम/सेमी³ पर कार्बन से लगभग 5.5 गुना सघन है और एल्यूमीनियम 2.7 ग्राम/सेमी³ पर लगभग दोगुना है। वजन के समायोजन के साथ, स्टील और एल्यूमीनियम ट्यूब कार्बन फाइबर ट्यूबों के समान ही प्रदर्शन करते हैं जो अब बहुत आगे हैं। अन्य परीक्षणों के लिए समान समायोजन करते हुए, हम टॉर्सनल परीक्षण को छोड़कर सभी के लिए समान परिणाम देखते हैं।
पुलट्रूडेड ट्यूब परिणाम और विचार
हम परिणामों पर विचार करते हैं और यह इस प्रकार की ट्यूबों के उपयोग को कैसे प्रभावित कर सकता है। शुद्ध तन्यता और संपीड़ित लोडिंग में ये ट्यूब अपने वजन के लिए असाधारण प्रदर्शन प्रदान करते हैं। अपनी लंबाई से भरी हुई, ये पुलट्रूड ट्यूब लगभग उतनी ही मजबूत होती हैं जितनी एक कार्बन ट्यूब हो सकती है, लेकिन यह मरोड़ वाले प्रदर्शन, कुचलने और विभाजन के प्रतिरोध की कीमत पर होती है।
यह एरो शाफ्ट, पुश पुल रॉड्स, यूएवी, पतंग, रोबोटिक्स और टेंट पोल जैसे अनुप्रयोगों के लिए पुलट्रूड ट्यूब को आदर्श बनाता है। इन्हें उपकरण गर्दन और पंख संरचनाओं जैसे एम्बेडिंग अनुप्रयोगों में भी देखा जाता है। चूंकि वे एक डाई में निर्मित होते हैं, इसलिए ओडी और आईडी पर यथोचित सटीक सहनशीलता होती है, हालांकि, यदि टेलीस्कोपिंग अनुभागों की तलाश है, तो यह संभव है कि आपको एक आरामदायक फिट पाने के लिए एक ट्यूब को छोटा करने की आवश्यकता होगी।
रोल रैप्ड ट्यूब परिणाम और विचार
इस अनुभाग में हम परिणामों पर विचार करते हैं और यह इस प्रकार की ट्यूबों के उपयोग को कैसे प्रभावित कर सकता है। जैसा कि तनाव और संपीड़न परीक्षणों में देखा गया है, ये ट्यूब लगभग पुलट्रूड के समान ही प्रदर्शन करते हैं। तीन बिंदु मोड़ परीक्षण ने वास्तव में हूप फाइबर के लाभ और पुलट्रूड ट्यूबों पर उनके द्वारा प्रदान किए गए क्रश प्रतिरोध को उजागर किया। इसने इस बात पर भी प्रकाश डाला कि कैसे घेरा फाइबर मरोड़ वाले प्रतिरोध को थोड़ा सुधारता है।
यह अतिरिक्त घेरा ताकत है जिसका मतलब है कि कठोरता में थोड़ा कमजोर होने के बावजूद, वे पल्ट्रूड ट्यूबों की तुलना में बेहतर वास्तविक दुनिया का सर्वांगीण प्रदर्शन प्रदान करते हैं। एक खराद के चारों ओर बना होने के कारण, अंदर का व्यास सबसे सटीक होता है जबकि बाहरी व्यास इस बात पर निर्भर करता है कि यह कैसे तैयार किया गया है।
बुने हुए फ़िनिश ट्यूब शो में बुनाई और उच्च चमक फ़िनिश के साथ सर्वोत्तम कॉस्मेटिक उपस्थिति प्रदान करते हैं। हालाँकि बुनी हुई परत घेरा की मजबूती और दरार के प्रसार को रोकने और बिखरने को सीमित करने में भी योगदान करती है। यह उन्हें साइकिल सीट पोस्ट, कैमरा उपकरण, अल्ट्रा लाइट विमान, ड्रोन हथियार आदि जैसे अनुप्रयोगों के लिए आदर्श बनाता है।
गैर-बुने हुए रोल लपेटे हुए ट्यूब अभी भी अच्छा प्रदर्शन कर रहे हैं, लेकिन संभवतः अनुप्रयोगों के लिए बेहतर अनुकूल होंगे यदि सौंदर्य प्रसाधन उतने महत्वपूर्ण नहीं हैं, या बुने हुए परत के लाभ इतने महत्वपूर्ण नहीं हैं। इसमें टिलर एक्सटेंशन, रोइंग ओअर्स, रोबोटिक्स, यूएवी हथियार या यहां तक ​​कि खिड़की की सफाई के खंभे और इसी तरह के अनुप्रयोग शामिल हो सकते हैं।
कार्बन फाइबर ट्यूबों की सीमाएँ
यद्यपि कार्बन फाइबर ट्यूबों का प्रदर्शन कई अनुप्रयोगों के लिए बहुत अच्छा है, लेकिन ऐसी सीमाएं और उपयोग भी हैं जहां कार्बन फाइबर ट्यूब आदर्श या उपयुक्त नहीं हो सकते हैं। हम यहां कुछ सामान्य उदाहरणों को शामिल करेंगे। एक अच्छा उदाहरण जहां कार्बन फाइबर उपयुक्त नहीं हो सकता है वह उच्च तापमान अनुप्रयोग है। कार्बन फाइबर 120 डिग्री से ऊपर गंभीर रूप से खराब हो जाएगा। वे उच्च स्तर के घर्षण वाले अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त नहीं हैं जैसे कि स्लाइडिंग बीयरिंग और बुशिंग जहां सतह बहुत जल्दी खराब हो जाएगी। धागों को काटने जैसी सटीक मशीनिंग अच्छी तरह से काम नहीं करती है क्योंकि धागा बहुत कमजोर होगा - ऐसे अनुप्रयोगों के लिए धातु में धागे के साथ धातु डालने या समान का उपयोग करना बेहतर समाधान है।
ट्यूबों को जोड़ने के लिए समग्र सुदृढीकरण या जटिल जुड़ने वाले टुकड़े बनाने की आवश्यकता होगी। इसके अलावा इसे बनाया नहीं जा सकता है और यह अपने वर्तमान आकार को बनाए रखना चाहेगा, इसलिए पूर्वनिर्मित टयूबिंग के साथ मुड़े हुए हैंडलबार आदि जैसे अनुप्रयोग संभव नहीं होंगे। हालाँकि ऐसी ट्यूब बनाई जा सकती हैं जैसा कि इस वीडियो में देखा जा सकता है; स्प्लिट मोल्ड का उपयोग करके कार्बन फाइबर ट्यूब को लैमिनेट करना और बैगिंग करना।