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碳纖維管的優(yōu)缺點(diǎn)有哪些?

2023-02-20 08:54:40 碳纖維管 瀏覽次數(shù) 1910

  碳纖維管是比較常見的碳纖維制品,廣泛應(yīng)用于無人機(jī)、支架、轉(zhuǎn)軸、承重件、體育器材等部件中,下面嘉興恒隆復(fù)合材料介紹下碳纖維管它具有哪些優(yōu)缺點(diǎn)?


 一、碳纖維管的優(yōu)點(diǎn)


1、密度:碳纖維管與其它材質(zhì)的管材一樣,密度主要受構(gòu)成物質(zhì)的影響,所以碳纖維管的密度主要由其碳纖維密度決定。一般的碳纖維管密度為1.7g/cm3左右,而一般鋼管的密度為7.8g/cm3,二者的密度比是1:4,相同強(qiáng)度的碳纖維管和鋼管的重量比為1:43。在強(qiáng)度相同的前提下,碳纖維管的密度、重量要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于鋼管。


2、彎曲剪切強(qiáng)度和模量:碳纖維管彎曲剪切模量分析復(fù)雜,因?yàn)樘祭w維管本身承受橫向彎曲時(shí),管壁上要承受垂直方向的剪切應(yīng)力,而這個(gè)剪切應(yīng)力又可以分解成兩個(gè)剪切應(yīng)力。經(jīng)測試,彎曲的剪切模量理論為8.63GPa,實(shí)測為8.46GPa,比較相符。


當(dāng)碳纖維圓管彎曲受剪時(shí),其剪切應(yīng)力是很復(fù)雜的,不僅有沿管壁切向剪應(yīng)力,還有垂直管壁的層間剪應(yīng)力。理論上,此碳纖維管的剪切強(qiáng)度為112MPa,實(shí)際測得103MPa,與理論值也很相近。


3、拉伸強(qiáng)度和模量:抗拉模量能測試?yán)w維所能承受最大的拉力,它的單位為psi ,表示每平方英寸的面積能承受多少英磅的拉力。抗拉模星低于3480萬psi的碳纖維將被歸類于低模星碳纖維。其它還有標(biāo)準(zhǔn)模數(shù),中間模量、高模量和超高模量。 超高模量的碳纖維拉伸彈性模量為7250萬-1.45億psi ( 5億-10億kpa )。和它相比較,鋼的拉伸模量約為2900萬psi ( 2億kpa )。碳纖維的彈性模 量足足比鋼強(qiáng)了10倍左右,而從重量上看,鋼的重量有碳纖維的5倍之多。除此之外,碳纖維的抗疲勞性和其它金屬相比還是非常優(yōu)越的,如果把它和樹脂融合,將成為最抗腐蝕的材料之一。


4、其他優(yōu)勢:除了質(zhì)輕高強(qiáng)的突出優(yōu)勢,碳纖維與金屬材料最大的不同在于碳纖維屬于一種非金屬材料,電化學(xué)活性較低,具有優(yōu)秀的耐腐蝕和抗老化性能,能夠延長碳纖維管的使用壽命。碳纖維材料的工作溫度高,使用安全, 并且其熱膨脹系數(shù)小,基本上不會(huì)隨工作溫度的變化發(fā)生變形,保證尺寸的穩(wěn)定性。

 二、碳纖維管的缺點(diǎn)


1、價(jià)格貴:比傳統(tǒng)鋁合金,鋼鐵材料貴好幾倍,原材料制備技術(shù)不在國內(nèi),另外生產(chǎn)工藝需要大量人力成本,因此價(jià)格較高;


2、層鋪結(jié)構(gòu)容易分層:生產(chǎn)人員鋪層經(jīng)驗(yàn)的高低,會(huì)影響鋪層的效果,分層說明空間存在間隙,直接影響碳纖維管的整體性能;


3、樹脂體系耐溫,耐老化性有待驗(yàn)證:目前熱固性碳纖維管采用的是環(huán)氧樹脂,耐高溫程度不高,碳纖維管的整體耐高溫性能下降,正在研發(fā)的熱塑性碳纖維管可以解決這個(gè)難題;


4、耐沖擊性不好:這是因?yàn)樘祭w維管成型后質(zhì)地較脆,韌性下降導(dǎo)致。


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