Справочник

Карбоновый пруток, полоса и уголок: где что работает

Пултрузионный профиль держит вдоль и почти не держит поперёк. Это не недостаток, а условие применения.

Пултрузия: всё волокно вдоль

Пултрузионный профиль получают протяжкой волокна через фильеру с пропиткой. Волокна лежат строго вдоль оси, доля волокна высокая, цена низкая.

Результат — максимальная жёсткость и прочность вдоль и очень скромные свойства поперёк. Профиль легко расщепляется вдоль волокон, если нагрузить его на поперечный изгиб или на кручение.

Поэтому пултрузия идеальна там, где нагрузка одноосная: пояса лонжеронов, стойки, рёбра, растяжки. И плохо подходит там, где нагрузка сложная.

Профиль	Работает на	Не работает на	Типовое применение
Круглый пруток	растяжение, продольный изгиб	кручение	стойки, оси, растяжки
Полоса	изгиб в плоскости	изгиб поперёк, кручение	пояса лонжерона, рессоры шасси
Уголок	изгиб по обеим полкам	кручение	рёбра жёсткости, углы
Труба	изгиб и кручение	—	лучи, силовой набор
Плита выкладкой	изгиб во всех направлениях	—	панели, кронштейны

Как считать жёсткость

Жёсткость на изгиб равна произведению модуля упругости на момент инерции сечения. У полосы момент инерции пропорционален кубу толщины, поэтому удвоение толщины увеличивает жёсткость в восемь раз, а массу — вдвое.

Отсюда общее правило конструирования: наращивать размер сечения выгоднее, чем наращивать количество материала в том же сечении.

Модуль волокна тоже входит линейно: переход со стандартного волокна (230 ГПа) на высокомодульное (390 ГПа) даёт примерно 70 % прибавки жёсткости при той же геометрии — и заметную потерю ударной стойкости.

Обработка

Режут алмазным диском или отрезным кругом на высоких оборотах. Обычное полотно рвёт волокно и оставляет расслоение по кромке.

Пыль углепластика электропроводна и вредна для дыхания: работа ведётся с отсосом или мокрым способом, электроника рядом закрывается.

Кромку после реза обязательно герметизируют смолой: открытые торцы впитывают влагу, а при отрицательных температурах она расслаивает материал изнутри.

Крепление

Сверлить профиль поперёк волокон — значит резать то, что несёт нагрузку. Если отверстие неизбежно, его выносят в зону малых напряжений и усиливают накладкой.

Клеевое соединение по площади всегда предпочтительнее болтового по точке. Эпоксидный компаунд с наполнителем и матированная поверхность дают соединение прочнее самого профиля.

При соединении с металлом учитывают разницу теплового расширения: углепластик почти не расширяется, алюминий расширяется заметно, и жёсткое соединение большой длины разрушает клеевой шов при перепаде температур.