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【碳纤维管】影响碳纤维管材质量的关键因素

时间:2021-06-01点击次数:31信息来源:Rev1

工艺的区别

碳纤维管材一般采用拉挤、缠绕、卷制等方式制成,这几种工艺各有利弊:拉挤成型容易实现纤维的连续性,但不能实现纤维角度的任意变化;缠绕工艺能够按产品的受力状况设计缠绕规律,能充分发挥出纤维的强度,最大限度地保证了管材所要求的结构性能,但是缠绕成型适应性小,不能缠任意结构形式的制品,特别是表面有凹的制品,因为缠绕时,纤维不能紧贴芯模表面而架空;卷制工艺机械自动化程度高,管材成品在强度上比拉挤工艺要高,外观也能做出3k编织纹路,适用的范围更广,相对来说成本也要高一些。

原材料的选择

既然碳纤维管材的强度是由其中的碳纤维材料决定的,因此,用于碳纤维管材制造的碳纤维材料本身的质量尤为重要。

芯模的材质

不同材料制成的芯模对管材的表面精度及性能有一定的影响。有些低端的碳纤维管生产采用聚乙烯醇-砂、木-玻璃钢等材料制作缠绕芯模,但是这些材料或是难耐150℃以上的固化温度,或是工艺水平过于粗糙,难以制作出高质量的碳纤维管。相比较而言,钢和硬铝是两种较为常用的芯模材料,钢的密度和硬度都比硬铝大,但钢的热膨胀系数不及硬铝。高性能碳管需要在高温下进行固化,环氧树脂体系的固化温度也可达170℃。在此种情况下,硬铝热膨胀产生的固化内压,能很好地提高碳管的密度和力学性能。

芯模的设计

除了芯模本身材料外,其筒身部分设计与碳纤维管的长度也有直接联系。如果碳纤维管长度较短,芯模的筒身部分可以制成等直径,如果管材长度要求比较长,在机床的加工精度及脱模等因素的制约下,等直径的长筒身应用困难,因此,采用带锥度的芯模筒身较为适宜。另外,在已知产品长度的基础上再加长10-20mm,便于后续的机械加工操作。对于长度与直径比值较大的碳纤维管来说,采用两段芯模对接和螺旋缠绕的方式,减小其直径的波动范围,可缩小碳纤维管两段内外径差距。

缠绕的设计参数

缠绕成型中,缠绕厚度、缠绕角度以及缠绕角度的顺序对碳纤维管的性能都有较大的影响。例如,当碳纤维管材应用于传动轴之类产品时,在横截面上要产生相对运动,与轴向呈的铺层可以减小横截面间的相对运动;±45°铺层有利于提高轴的抗扭性能;90°方向铺层在初始扭转状态可起到抵抗切应力的作用,当扭矩较大时承扭能力下降,但是缠绕工艺不能缠绕铺层,所以增加接近±45°和接近90°铺层角度的比例,都有利于提高碳纤维管材的抗扭强度。同样,缠绕的厚度和缠绕角度的顺序对碳纤维管材的性能影响也有相关的变化规律可循。

脱模的技术要点

为了便于脱模,一般会在缠绕之前就在芯模的表面涂刷脱模剂,但是在高性能碳纤维管的制造中,有机类脱模剂在固化过程中易渗入树脂中,对管材成品造成伤害,影响到管材的性能。为避免这种情况,选择含氟的脱模剂能有效减少缺陷的产生。芯模需要反复使用,如果在脱模时使用车加工或钳工的方式去除封头,会对芯模表面造成损伤,遇到这种情况需利用耐高温胶黏剂补平伤口或采用焊接的方式,再磨削到位,否则会直接影响到下一批碳纤管的制品质量。

 

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