碳纖維復(fù)合材料方面的書(shū)籍(碳纖維復(fù)合材料方面的書(shū)籍都有哪些)

信陽(yáng)加固改造設(shè)計(jì)公司 4周前 ( 02-23 11:29 ) 7797 搶沙發(fā)

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本文目錄一覽：

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碳纖維管加工與應(yīng)用研究

摘要：本文對(duì)碳纖維管材的性能,、加工方法和應(yīng)用進(jìn)行碳纖維復(fù)合材料方面的書(shū)籍了全面的介紹碳纖維復(fù)合材料方面的書(shū)籍，說(shuō)明碳纖維管材在民用和軍用領(lǐng)域的重要意義碳纖維復(fù)合材料方面的書(shū)籍,，有助于相關(guān)行業(yè)對(duì)本類(lèi)產(chǎn)品做進(jìn)一步的了解,，推進(jìn)碳纖維管材在更大范圍內(nèi)得到應(yīng)用,。

關(guān)鍵詞：碳纖維管材制作方法應(yīng)用

1.概述

碳纖維管又稱(chēng)碳素纖維管，也稱(chēng)碳管,、碳纖管,，這種材料是用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙稀基聚脂樹(shù)脂經(jīng)加熱固化拉擠纏繞做成的，碳纖維具有高強(qiáng)度,、低密度,、壽命長(zhǎng)等特性，簡(jiǎn)單的說(shuō),，比鋁輕,，比鋼硬，是良好的民用,、軍用材料,。近年來(lái)，碳纖維復(fù)合材料方面的書(shū)籍我國(guó)在碳纖維方面的研究和利用也在突飛猛進(jìn)地發(fā)展,，碳纖維管作為應(yīng)用最早,、最廣泛的碳纖維制品已被許多行業(yè)所接受，這些行業(yè)在積極主動(dòng)使用碳纖維管作為原有金屬制品的替代品,，以期獲得產(chǎn)品質(zhì)量的提升,。本文就針對(duì)碳纖維管的優(yōu)勢(shì)、加工方法及應(yīng)用做一個(gè)綜合性的論述,。

2.碳纖維管材的優(yōu)點(diǎn)

2.1重量輕,、強(qiáng)度高。

碳纖維管材密度小,、重量輕,，其比重僅是鋼材的四分之一，但是其抗拉強(qiáng)度很高,，可達(dá)到3000MPa以上,，是鋼材的6-12倍，是塑料制品的幾十倍,。碳纖維管材輕質(zhì)高強(qiáng)的特性,，使其在運(yùn)輸和施工安裝都具有顯著的優(yōu)勢(shì)。

2.2耐腐蝕,、抗老化,，使用壽命長(zhǎng)。

碳纖維材料能耐酸,、堿,、鹽、部分有機(jī)溶劑及其它腐蝕性侵蝕,，在防腐蝕領(lǐng)域有其它金屬無(wú)法比擬的優(yōu)越性,，除此之外,，其還有較好的耐水性和抗老化性，因此無(wú)論在腐蝕性的環(huán)境,、惡劣的氣候還是潮濕的環(huán)境中,，碳纖維管材的使用壽命都可達(dá)到25年以上。

2.3表面光滑美觀,，可設(shè)計(jì)性強(qiáng),。

碳纖維管材是采用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸入苯乙稀基聚脂樹(shù)脂經(jīng)加熱固化拉擠（纏撓）而成。在制作過(guò)程中,，可以通過(guò)不同的模具生產(chǎn)出各種型材,，如：不同規(guī)格的碳纖維圓管，不同規(guī)格的方管,，不同規(guī)格的片材,，以及其它不規(guī)則異型材，具有一定的設(shè)計(jì)性,。經(jīng)過(guò)打磨噴漆,，其表面顯得光滑美觀，在制作過(guò)程中也可以包3K進(jìn)行表面包裝美化,。

3.碳纖維管材的規(guī)格

碳纖維管材的型號(hào)規(guī)格多樣,，按成型工藝不同可以分為拉擠管和纏繞管；按紋路不同可以分為平紋,、斜紋和純黑,；按表面處理不同可分為亮光、啞光,；按形狀不同可以分方管,、圓管和異形管，其中異型管包括橢圓管,、工字管,、半圓型管等。一般的碳纖維管材的直徑有10mm-800mm,，長(zhǎng)度最長(zhǎng)可達(dá)10m,。拉擠空心管1-25mm，壁厚0.5-5mm,，拉擠實(shí)心管（棒）直徑0.5-30mm,，編制空心管直徑1.0-70mm，壁厚0.5-5mm,。

4.碳纖維管材的制作方法

4.1內(nèi)芯模具的制作。

內(nèi)芯模具要根據(jù)客戶對(duì)管材規(guī)格的要求進(jìn)行制作,，因?yàn)槔w維纏繞時(shí)受到壓緊力,，要求其集合形狀基本保持不變,，因而在芯模原材料的選擇上，最好選擇具有良好剛性的金屬材料,，如鋼和硬鋁,，鋼的密度比硬鋁大，其硬度也比硬鋁大,，但鋼的熱膨脹系數(shù)不及硬鋁,。而高性能碳管制品是在高溫下進(jìn)行固化的，如果采用硬鋁芯模,，可通過(guò)硬鋁熱膨脹產(chǎn)生的固化內(nèi)壓,，提高碳管的密度和力學(xué)性能。所以在高性能碳管的纏繞工藝中,，芯模宜選用金屬材料,，而硬鋁則是首選材料。

芯模的封頭設(shè)計(jì)盡量使用扁橢球式,，這種形狀可以保持筒身部分纏繞均勻,，無(wú)堆積現(xiàn)象，防止出現(xiàn)“滑移“和“架空“現(xiàn)象,。芯模的筒身部分可以制成等直徑,，但是如果制品長(zhǎng)度很長(zhǎng)，同時(shí)考慮到機(jī)床的加工精度以及脫模等條件的限制,，等直徑的筒身部分在應(yīng)用中也許會(huì)存在困難,，但是如果采取帶錐度的芯模就可以解決這個(gè)問(wèn)題，實(shí)驗(yàn)證明,，1:1500-3500的錐度加工芯模筒身比較適宜,。對(duì)較長(zhǎng)的制品，制作芯模時(shí)可考慮分段對(duì)接芯模,，以確保制品尺寸穩(wěn)定,。

通常在纏繞之前要在芯膜表面涂刷脫模劑，以便于之后的脫模,，但是對(duì)于高性能碳管,，有機(jī)類(lèi)脫模劑在固化過(guò)程中易滲入樹(shù)脂中，造成制品缺陷,，影響制品性能,。如果在芯模表面涂覆一層含氟的脫模劑，就可以消除這種缺陷,。

4.2根據(jù)規(guī)格要求,，設(shè)計(jì)纖維層疊方式。

首先確定要做的板材厚度,，按照厚度算出需要的層數(shù),，然后按照0°,、45°、90°,、-45°的順序疊層,，然后模壓成型。

4.3將纖維層卷到內(nèi)芯模具,， opp卷制包裹,。

4.3.1碳纖維管的加工成型方法主要涉及以下三種：纏繞成型法，將碳纖維單絲纏繞在碳纖維軸上,，特別適用于制作圓柱體和空心器皿,；擠拉成型法，先將碳纖維完全浸潤(rùn),，通過(guò)擠拉除去樹(shù)脂和空氣,，然后在爐子里固化成型，這種方法簡(jiǎn)單,，適用于制備棒狀,、管狀零件等；真空袋熱壓法,，在模具上疊層,，并覆上耐熱薄膜，利用柔軟的口袋向疊層施加壓力,，并在熱壓罐中固化,。

4.3.2在碳纖維管的實(shí)際加工過(guò)程中，最基本的加工成型方法是纏繞法,，這種方法易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化,、自動(dòng)化，比起其他方法,，具有勞動(dòng)條件好,、勞動(dòng)強(qiáng)度低、產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定,、生產(chǎn)成本低等特點(diǎn),，所以應(yīng)用十分廣泛。具體方式又稱(chēng)為濕法纏繞,，即將浸膠后的碳纖維集束,，在一定張力控制下直接纏繞在芯膜上的工藝方法。其原理是采用卷管機(jī)上的熱輥使預(yù)浸料軟化,，熔化預(yù)浸料上面的樹(shù)脂膠粘劑,。在一定張力下，在輥的旋轉(zhuǎn)操作過(guò)程中，利用輥和心軸之間的摩擦,，將預(yù)浸料連續(xù)卷到管芯上,，直至所要求的厚度，然后通過(guò)冷輥冷卻定型,。根據(jù)成型工藝中預(yù)浸料的上料方法，可分為手動(dòng)上料法和連續(xù)機(jī)械方法,。纏繞線型的方法是保證碳纖維纏繞產(chǎn)品質(zhì)量的重要前提,，管道的使用情況不同，纏繞線型也不同,，具體線型有環(huán)向纏繞,、縱向平面纏繞和螺旋纏繞三種。

4.3.3纏繞成型法的基本操作過(guò)程是：首先,，清理輥筒,，然后熱輥加熱到設(shè)定溫度，調(diào)整預(yù)浸料張力,。在輥筒上不施加壓力,，將引布先在涂有脫模劑的管芯上包繞一圈，然后放下壓輥,，將引頭布在熱輥,，同時(shí)將預(yù)浸料拉出來(lái)，貼在加熱部分頭布,，與引頭布相搭接,。引頭布的長(zhǎng)度約為800-1200mm，視管徑而定,，引頭布與膠布的搭接長(zhǎng)度,，一般為150-250mm。

在卷制厚壁管時(shí),，在正常運(yùn)行時(shí),，將芯模的旋轉(zhuǎn)速度適當(dāng)加快，靠近壁厚度設(shè)計(jì)放慢速度,，以達(dá)到設(shè)計(jì)厚度,，切斷膠布。然后在保持壓輥壓力的情況下,，繼續(xù)使芯模旋轉(zhuǎn)1-2圈,。最后提升壓輥，測(cè)量管坯外徑,，合格后,，從卷管機(jī)上取出，送入固化爐中固化成型。

4.4烘烤硬化,，去OPP,，脫芯。

將定型好的卷料從卷繞機(jī)取出,，在固化爐中固化,。管材固化后，去除芯模型,，即可以得到復(fù)合材料纏繞管材,，這個(gè)過(guò)程也叫固化脫模。在脫模過(guò)程中,，車(chē)加工或鉗工去除封頭,，再脫下制品，這有可能損及芯模表面,，影響芯模的反復(fù)使用,，可以利用耐高溫膠粘劑補(bǔ)平或者焊接再磨削到位。

4.5 兩端切去不光滑平整的部分,，經(jīng)過(guò)多道工序進(jìn)行打磨,、拋光。

初步完成的碳纖維管還需要進(jìn)一步加工,，首先根據(jù)成品的規(guī)格,，將半成品的兩端多余部分去除，形成統(tǒng)一整齊的切面,，然后經(jīng)過(guò)專(zhuān)業(yè)打磨機(jī)和人工手工打磨,、拋光，才能形成光滑而有光澤的表面,。

5.碳纖維管的連接方法：

碳纖維管的連接方式有以下幾種：

最常用的是用環(huán)氧樹(shù)脂來(lái)連接,，連接成功后如果管子里面一般會(huì)有殘留的樹(shù)脂，可以用丙酮清洗干凈,。

其次,，利用碳纖維管自身的結(jié)構(gòu)來(lái)連接也比較常見(jiàn)。用碳鈦復(fù)合接頭在碳纖維管成型的過(guò)程中進(jìn)行復(fù)合連接,，不過(guò),，在連接的時(shí)候必須要考慮好受力的方式和連接件的結(jié)構(gòu)。

另外,，還可以用鉆孔連接,，只不過(guò)碳纖維管的強(qiáng)度大，硬度高,，鉆孔很不容易,，不小心就會(huì)導(dǎo)致管子裂開(kāi)，所以對(duì)操作水平有較高的要求。

碳纖維管也可以用粘膠的方式連接,，相對(duì)比較簡(jiǎn)單,，要是使用機(jī)械方式就很困難，因?yàn)樘祭w維產(chǎn)品本身的強(qiáng)度和硬度,，很難找到比它性能好的加工工具,，即便有也非常昂貴，而且磨損比較快,。

6.碳纖維管的應(yīng)用

碳纖維管材的應(yīng)用范圍非常廣泛,，其輕而強(qiáng)的力學(xué)特性和耐疲勞性，使其適用于航空,、航天、建筑,、機(jī)械設(shè)備,、軍工、體育休閑等結(jié)構(gòu)材料,；其耐腐蝕,、耐熱、垂直度好（±0.2mm）,、機(jī)械強(qiáng)度高的特性,，使產(chǎn)品適用于線路板印刷設(shè)備的傳動(dòng)軸及醫(yī)療器械等；其強(qiáng)度高,、抗老化,，防紫外線、機(jī)械性能好的特性,，適用于帳蓬,、建筑建材、蚊帳,、球袋,、箱包、窗簾,、廣告展架,、雨傘、風(fēng)帆,、健身器材,、箭桿、球桿,、高爾夫練習(xí)網(wǎng),、旗桿開(kāi)關(guān)插銷(xiāo)、水上運(yùn)動(dòng)器具等。碳纖維套管的保護(hù)線材,、阻燃,、增加線材強(qiáng)度等特性，近年來(lái)也頗受智能化領(lǐng)域的青睞,。

7.碳纖維管的選擇

用于碳纖維管生產(chǎn)方面的碳纖維含量多少,，直接決定其力學(xué)性能表現(xiàn)和價(jià)值。在選擇碳纖維管的時(shí)候,，除了要關(guān)注碳纖維管中的碳纖維含量,，也要重視用于生產(chǎn)碳纖維管的復(fù)合材料成分，不同的添加成分對(duì)產(chǎn)品的性能有不同的影響,。但是最關(guān)鍵的一點(diǎn),，因?yàn)樘祭w維復(fù)合材料屬于高新材料，整個(gè)行業(yè)特別是民用這一領(lǐng)域起步比國(guó)外要落后二三十年,，國(guó)內(nèi)無(wú)論是碳纖維生產(chǎn)商還是加工制造廠家都數(shù)量有限,，隨著這個(gè)行業(yè)的興起，很多小作坊式的加工商也躋身行列,，造成了技術(shù)水平層次不齊,，產(chǎn)品質(zhì)量缺乏保證等問(wèn)題。因而,，在碳纖維管材的選擇和訂制方面,，本文綜合行業(yè)調(diào)查數(shù)據(jù)，羅列出該類(lèi)型產(chǎn)品有一定影響力和品牌信譽(yù)的生產(chǎn)廠家,，以供咨鑒,。

7.1無(wú)錫威盛新材料科技有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)：威盛新材），是一家研發(fā),、制造碳纖維零部件的專(zhuān)業(yè)制造商,，該公司擁有4000多平方的生產(chǎn)車(chē)間，配備大型熱壓機(jī),、熱壓罐,、液壓成型臺(tái)、CNC高速銑床等多種設(shè)備,，采用臺(tái)灣及日本等國(guó)際一流品牌原材料,，產(chǎn)品通過(guò)美國(guó)UL、SGS以及ISO9001:2008等相關(guān)認(rèn)證,，產(chǎn)品常年出口歐美等國(guó)家,。

7.2略

7.3略

8.碳纖維管的使用注意事項(xiàng)

碳纖維管雖然具有質(zhì)輕、堅(jiān)實(shí),、抗拉,、強(qiáng)度高等突出優(yōu)勢(shì),，但是在具體應(yīng)用中也有一定的局限性，首先其制作依靠模具成型,，難于更改尺寸,，因而無(wú)法適應(yīng)多尺寸多款式的訂單，現(xiàn)在的加工廠家還是依靠大批量訂做式訂單,。在使用中,，很多消費(fèi)者發(fā)現(xiàn)碳纖維產(chǎn)品放置在陽(yáng)光下會(huì)逐漸變白，因此碳纖維管材最好不要放置在陽(yáng)光下,，盡量貯藏在避光處,。除此之外，因?yàn)樘祭w維管具有一定的導(dǎo)電性能,，因此使用時(shí)必須特別注意防電,，禁止使用在需要絕緣的設(shè)備上。

9.結(jié)語(yǔ)

碳纖維管材憑借其優(yōu)良的性能在多個(gè)行業(yè)擁有廣泛的應(yīng)用前景,，但是這種優(yōu)良性能依靠的是有可靠保證的的原材料以及精湛的加工工藝,，不是所有貼上“碳纖維”三個(gè)字的產(chǎn)品都能帶來(lái)所期望的質(zhì)量。所有正在或者準(zhǔn)備使用碳纖維管材的廠家都需要具備相關(guān)的基礎(chǔ)知識(shí),，才能對(duì)碳纖維管材進(jìn)行有效甄別，為自身的產(chǎn)品帶來(lái)質(zhì)的飛躍,。

參考文獻(xiàn)

【1】《高性能碳纖維管纏繞芯模設(shè)計(jì)應(yīng)用的幾點(diǎn)體會(huì)》,，王建華、居建國(guó),、甄華生,，《全國(guó)復(fù)合材料學(xué)術(shù)會(huì)議》，1998年,。

【2】《碳纖維復(fù)合材料數(shù)控加工研究》,，龔清洪、林勇,、夏雪梅,、楚王偉，《機(jī)械設(shè)計(jì)與制造》,，2008.12,。

【3】《碳纖維復(fù)合材料的孔加工》，張萬(wàn)軍,、劉永奇,、錢(qián)秀松，《纖維復(fù)合材料》,，2005.3

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