本帖最后由 六阿六 于 2012-5-29 11:54 编辑
自制碳纤维镜筒
写在前面的话本文谢绝十八岁以下青少年阅读及进一步尝试。 制作过程中由于使用了一些化学制品，所以谢绝未成年人效仿。 欢迎网络转载，请注明出处。 自制品大多数依赖的是制作者的耐心而不是技巧，不要轻易尝试也不要轻易放弃。 文章的目的作为一个爱动手的业余天文爱好者不去自制一个或多个天文望远镜是一种莫大遗憾。折射式天文望远镜的基本结构简单，业余爱好者也可以达到制作的它的精度要求，所以往往是入门者自制天望的首选。它分为物镜组、镜筒、调焦部、目镜四大部分，镜筒是目测范围内最大的一个部件，也是结构最简单的部分。 市面上常见的镜筒一般是铝制也有华丽的碳筒，它们都是又轻又硬的好材料，相比之下碳筒更轻更硬当然价格也是贵很多。碳筒漂亮的外观和更优的性能吸引了我，我尝试购买了一些材料摸索着自制了一个碳筒，结果还算令人满意。当然也有一些可以改进的不足之处，我把自制的过程记录下来分享给同好们--不要犯我犯过的错误，希望同好们做出更好的碳筒。 所需材料碳筒的制作需要两种基本材料： 一、碳纤维布 碳纤维布市面上有多种规格一般按照单丝含量来区分 例如1k、3k、12k等等。单根炭纱含1千根单丝的碳布就是1k碳布，其他的类推。 1k的应该最轻薄细腻，单根纱含碳丝越多越粗大。
同时也还有编织结构的区分 例如单向、双向碳布。单向碳布是碳纱向相同方向排列，纵向连接使用少量的纤维起到基本的连接作用。举个直观的例子比如水中的竹排，一根根的茅竹可类比碳纱、连接茅竹的铁丝或者麻绳就是只起到基本的连接作用。 双向碳布就是交叉编织的碳纱编织成的碳纤维布，双向碳布还有斜纹和直纹的区别，斜纹就相当于“X”、直纹相当于“十”可能是审美上有区别吧。
出于经济风险的考虑，作为新手我选择了12k单向碳布作为实验材料，这也是我能找到的最便宜的炭布了。
二、胶水 胶水也挺复杂的，工业上制作碳纤维复合材料貌似各种树脂都有用到，但是环氧树脂的资料比较好查。这里就偷个懒以环氧树脂作为推荐胶水。环氧树脂中的E44(6101)不推荐使用，我之前买了一些E44结果悲剧了。E44太黏了，加热后流动性也同样不理想，千万不要使用它。 E51(618)流动性很好，推荐使用。 固化剂T31。 还有一种全透明亮光的胶水组合，销售语焉不详，看起来应该是E51和一种透明固化剂。这种也很好，有很多汽车摩托车上覆盖碳布都适用的这种亮光胶。
一些必须的辅助工具一、模具。我选择了外径90mm的上水pvc管。这种管区别于普通pvc管又厚又硬，不易变形。 二、小刷子。最便宜的最小的就可以，使用前先把容易掉的毛清理一下。如果不想用香蕉水去洗刷反复使用的话就多买几只，刷一次扔一个（话说香蕉水的味道我是受不了，我是用的一次性小刷子）。 三、美工刀。裁减布使用。 四、尺。裁减布时使用尺子测量好尺寸，我使用了钢尺，美工刀可以抵在尺上割布。 五、量杯和带刻度的注射器。注射器最好有两个，分别用来量取树脂和固化剂。 六、一次性塑料手套和口罩。劳动保护很重要手套在一开始不了解树脂的特性时是必需品，否则沾到皮肤上比较麻烦。口罩是必需要的，在打磨的时候会产生灰尘不要吸到肺里。我没使用口罩可能不经意吸了一些灰尘咳嗽了好几天。 七、一次性塑料桌布或者废报纸。防止树脂滴到地板上，打磨的碳粉也要接好，直接散到地面上很难打理。 八、结实的塑料布。用来脱模，我用的服装包装袋。建议使用那种聚乙烯薄膜。 九、砂纸。粗一些的，用来打磨找平表面。
开始前的一些思考在开始做炭筒之前很自然地想到了一些貌似容易解决和难以解决的问题： 强度问题 脱模 同轴度问题 炭筒表面处理 冲孔和切割 这些问题其实有的已经在工具列表时有答案了，有些还需要实验验证。带着这些问题我们开始动手做炭筒吧。 我的第一次。。。详细过程裁剪碳布 出于经济考虑我选择了12k单向碳布，它明显存在强度横向比纵向薄弱的问题。也就是第一个问题的一个小子集：“强度问题”。 单向布这个问题好解决，我们可以采取一层纵一层横的办法来解决。 我做的是80600的筒子，手头有一个画师80ds的物镜头，它的内径是90mm。但我实在找不到86mm内径的模具，车到山前必有路，大不了做个转接装置，所以只能用现有的90mm模具。 焦距还是有参考价值的，600mm的焦距我大概要做400mm左右长的筒子。 碳筒的厚度2mm左右为佳。12k的碳布实在是厚，大概六七层就差不多了，我先裁了6块。事实证明歪打正着了，做好后大概2.5mm厚。 按照这个尺寸我裁了纵横各三块碳布：420mm x 285mm
搭建工作环境 我的模具是个pvc管，很容易可以悬空。因地制宜我找了两个简易凳子、一根木棍。将木棍穿过模具搭在两个凳子上，一个简单的缠绕模具环境就搭好了。 这里有一个“脱模”的问题要解决。 考虑再三我决定冒个险，环氧树脂是粘不上塑料制品的，还是就近原则我决定找一个质量好些的塑料的服装包装袋。事与愿违“质量好”实在是难找，只找到了一些皱皱巴巴的袋子，选了一个不那么太难看的袋子备用。 我想模拟一下脱模过程，就用胶水粘了两张A4打印纸在模具上胶水干了后我前后移动A4纸筒—可以缓慢的移动，真不错。看着两张纸张套在模具上看起来比较美观我就没有拆掉它们J。浇了些水把之前准备的塑料包裹在外边，水有一定的粘度可以平伏一些皱纹。。。无奈之举。晾干后备用。 这里有个“同轴度问题”可以插播一下。PVC管足够圆没问题，但是六层碳布接口部分肯定有凹凸不平。我解决的办法是把圆分成六等分，然后用油性笔画六个标记，每一层的接头处依次从标记处缠绕，没有完全解决“同轴度问题”，但起码好了一些。 图一，脱模设想
调和树脂和固化剂 关于树脂，前面说过我走了弯路，我就近买了E44的环氧树脂和固化剂，结果调和的时候发现太粘稠勉强使用不理想，我又网购了E51。等待真的考验耐心:~(。 等来了E51。我有一个塑料注射器，应该再买一个，但实在等不及了，我就直接小心倾倒E51到量杯中（不知道该用多少量，试验性的倒了12ml）固化剂用注射器抽取了3ml。这个配比多些少些无所谓的，大致3-4：1就可以了。 用吸管代替搅拌棒在量杯中搅匀，多搅一会儿可以肉眼观察到颜色均匀了，再静置一分钟左右确保其均匀。
缠绕第一层碳布 作为基底，第一层碳布是与众不同的，我的设想是第一层先缠绕浸润好胶水，固化后看效果，然后直接把另外五层一口气缠上去。这只是当时的想法。 首先用小刷子蘸一些胶，把模具外表面涂抹好。 然后轻轻拿起碳布平直的把一头轻粘在模具表面。由于不知道胶性我带了塑料一次性手套，一手轻轻转动模具一手抚平碳布。全粘好后转动一周检查一遍。没问题就再刷外表面，用小刷子蘸了胶慢慢的刷，E51流动浸润性很好很快就浸透了碳布。15ml的胶刷了两遍外表面，竟然够用，幸运。等到胶很黏的时候再次检查表面，由于胶比较黏处理平整很容易，需要细心。 碎叫，第二天再看。 图二，第一层碳布刚涂好
第二层和第三层 第二天早上，看了看，还有些软，正好检查有没有空隙，耐着性子把空隙的部分修平整。 下班后检查了一下固化得还不错，就是外表面还是不平滑，意料之中的。 唉，不平的话下一层就容易有空隙，强度会受影响的吧？“强度问题”有些发愁。。。 本想一口气把剩余的缠完，但还是谨慎些先缠两层吧！我调了两层的胶量，老法子，先刷了基底，再横向缠了另一张碳布。刷好后我又交错方向缠绕了另外一层。我找到了一个小刮板，由于担心第一层不平我很用力的刮了起来。。。。。。结果碳纤维有些扭曲了，shit！郁闷死了。 没法子，弄得时间久了胶已经变得粘了起来。 我耐着性子慢慢刮，不敢再用大力了L。最后勉强看起来表面还挺平整，空隙肯定没有了。当然了，纤维束扭曲了。。。再等一会，老法子细心把表面处理平整，由于使用了刮板基本上已经很平了。 我和领导说了这件烦心事，她教育我：“你都搞了那么多天，细心点慢慢弄呗。又不差时间，急什么啊？” 想不到她给了我启发，我不再想着一口气吃个胖子了，还是一层一层的缠吧。 这两层给我的教训就是心急吃不得热豆腐。 还有一个收获就是小刮板挺好用，呵呵。
后面几层 又隔了一天，早上仔细检查一遍不平的地方用手指用力按平。晚饭后看了看固化情况良好。受到刷油漆的启发，我弄了几张砂纸，费了九牛二虎之力把表面打磨平整了。不过真累啊，明天还是买块油石吧，借着油石的平整和重量会省些力气。顺带解决了“同轴度问题”，着力的打磨接口处。 第四层，老法子。清洁了打磨后的表面、刷基底、缠布、刷、轻刮、刷、轻刮。干点别的事情，等胶黏了，检查外表面。 后来我买了块油石，简化了打磨那一步，用砂纸包裹油石打磨省力很多。 其他的都是重复动作了，没有什么需要改进的地方了。 值得一提的是，打磨的灰尘呛得我咳嗽起来了，同好们如果也做这一步记得戴口罩。 图三，打磨
最后一层和外表面 “炭筒表面处理”的问题提上了日程。这些天我已经思考了无数次这个问题，也有了腹案：使用比较硬的透明硬塑片，可以在缠绕最外层时使用，这样炭筒的表面就光滑平整了。就是塑封的那种透明塑料，但是没来得及去找，就临时使用了A4的塑料资料夹。 最后一层与中间几层不同，我调了一倍的胶量。打磨、刷基底、缠绕、刷胶、轻刮平之后我蘸足了胶又厚厚的涂了好几层。 然后等待比较黏的时候把硬塑料片轻轻的细心一点点贴上去，操作过程中尽量不要有空气残留（贴好后用透明胶带固定一下）。等到完全贴好后，我们可以观察到，没有空气的部位由于紧贴胶和布是透明的黑色（就像穿着透明装被水浇了一身一样 ）有空气的部分是白色的，这时候可以用手指横着微用力把气泡向两边赶走，这个工作很容易完成。
大功告成！由于胶量比较多我多等了一天，怀着忐忑的心情两天后揭开了硬塑料片。很平整光滑！！完全和我设想的一样！遗憾之处就是我用的资料夹，中间有个横线，也忠实的印在了我的碳筒上，还有个金色的logo！靠！ 筒纸们！血的教训啊！不要偷懒！乖乖的去找硬塑料片吧！！ 图四，最后一层
图五，也是最后一层
脱模 “脱模”问题又一次摆在了面前。与我乐观的设想不同，轻微的移动的确没问题，但是仅限于一小段距离。。。我用几个小铁棍顶在底下，用力的向下按着外表面，用了吃奶的力气也没动多少。。。难道要悲剧？？ 我累得满头汗，去冰箱拿了点饮料喝，平静一下心情，大起大落阿:~~(！！ 冰箱？！？？！！！ 有了，我倒腾了一下冷冻室，还好420左右的管子能塞进去，冷冻了半个小时。 忐忑不足以形容我此刻的心情。。。 结果模具像涂了油一般，悄无声息的被我轻松拔了出来！ 激动得很，拍了几张照片，传到了bbs 上炫耀了一下 虽然应者寥寥，但心情发泄了一下爽了很多阿，筒纸们！！哈哈哈哈！ 图六、成功脱模
有待于将来或其他人进一步检验的设想成品出来后，又轻又硬，真是不错。 看到环氧树脂与碳布配合得这么亲密无间，我又想到，是不是不需要纵横交错的缠绕只要结合紧密强度不是问题啊？没有了六块接缝同轴度只会更好。 补充两个工具：刮板和油石，很好用。对了，还有一个是硬塑料片。三个。 图七、成品 图八、侧面 图九、还是侧面
不能没有下面望远镜筒只是长征第一步，天望中最没有技术含量的一个部件，为什么这么说呢？如果没有美观和轻巧还有坚硬的需求的话实际上硬卡纸和碳筒没有区别，同轴度更是不值一提。 转折一下--生命在于折腾，人不折腾非好汉，呵呵。 Over
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说下各种费用啊。
