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碳纤维管的材质分析
- 2019-09-28-

        碳纤维管,也称之为碳管和碳纤管,由碳纤维材料和特殊的复合树脂构成。广泛应用于无人飞行器、旋转轴、滚轴、医疗设备、运动器材、高端相机滑轨等支撑设备,是高端工业领域用于替代金属管的轻质材料之一。


        工艺上的差异


        碳纤维管通常通过拉挤、缠绕和卷绕制成。这些工艺各有优缺点:拉挤成型容易实现纤维连续性,但不能实现纤维角度的任何变化;卷绕过程可以根据产品的受力状态设计卷绕规则,可以充分发挥纤维的强度,最大限度地保证管材所需的结构性能,但卷绕成型适应性小,任何结构形式的产品,尤其是凹面产品,卷绕时都不会因纤维附着在芯模表面而架空,无法卷绕;轧制过程具有高度的机械自动化。成品管的强度高于拉挤工艺。成品管的外观也可以制成3k编织线。应用范围更广,成本相对较高。


        材料选择


        由于碳纤维管的强度由碳纤维材料决定,所以用于制造碳纤维管的碳纤维材料的质量尤其重要。


        来源于日本东丽、台塑等全球顶级碳纤维生产厂家的产品品质可信赖,不一样系列产品的碳纤维碳丝物理性能和成本费差别也挺大,最后决策了碳纤维的性能和价钱。此外,树脂的选择也不容忽视。 树脂的主要作用是粘结碳纤维,分配碳纤维间的载荷,?;ぬ枷宋馐芑肪秤跋?,树脂基质的选择应遵循易硬化、粘结力强、收缩性低、力学性能好等原则。


        芯模材料


        不同材质的芯模对管材的表面精度和性能有一定的影响。某些中低端碳纤维管是由丙烯酸乳液、碎石子、木料、玻纤增强塑料等原材料做成的盘绕芯轴,但这种原材料要不无法抵御150℃左右的干固温度,要不技术水平过度不光滑,没法做成高品质的碳纤维管。相比之下,钢和硬铝是两种常见的芯模材料。钢的密度和硬度高于硬铝,但钢的热膨胀系数低于硬铝。高性能碳管需要高温固化,环氧树脂体系的固化温度可达170℃。在这种情况下,硬铝热膨胀产生的固化内压可以很好地提高碳管的密度和机械性能。


        绕阻设计方案参数


        在卷绕成型中,卷绕薄厚、卷绕视角和卷绕视角次序对碳纤方管的性能有挺大危害。例如,当碳纤维管应用于诸如传动轴的产品时,横截面需要相对运动,轴向为0度的铺层可以减少横截面之间的相对运动;45合股有助于提高轴的抗扭性。90度帘布层在初始扭转状态下可以抵抗剪切应力。当扭矩较大时,扭转承载力降低,但是卷绕过程不能卷绕0度帘布层。因此,增加接近45度和90度的铺层角比例有利于提高碳纤维管的扭转强度。同样,缠绕厚度和缠绕角度的顺序对碳纤维管材性能的影响也有相应的变化规律。


        从理论上讲,碳纤维管比传统金属管具有更大的性能优势,如高强度、耐腐蚀、低热膨胀系数、抗蠕变、自润滑、抗疲劳、寿命长、吸能和抗震等。最重要的是,碳纤维管密度小,重量轻,与相同的钢管相比,可以减轻80%以上的重量。然而,从应用情况来看,碳纤维管能否真正体现上述性能优势,取决于实际生产中的诸多技术因素。

        

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