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影响碳纤维管质量的几个重要因素
影响碳纤维管质量的几个重要因素

芯模的材质

不同材质的芯模对管件的表面精度和性能有一定的影响。一些低端碳纤维管采用聚乙烯醇砂、木纤维增强塑料等材料制成缠绕芯轴,但这些材料要么难以承受150℃以上的固化温度,要么工艺水平太粗糙,无法生产出高质量的碳纤维管。与硬铝相比,钢和硬铝是两种常用的芯模材料。钢的密度和硬度高于硬铝,但钢的热膨胀系数不如硬铝。高性能碳管需要高温固化,环氧树脂体系的固化温度也可以达到170℃。在这种情况下,硬铝热膨胀引起的固化内压可以提高碳管的密度和力学性能。

芯模的设计

除了芯模本身的材料外,筒体部分的设计还直接关系到碳纤维管的长度。如果碳纤维管长度较短,则芯模筒部可制成等径,如果管长要求较长,则在机床加工精度和脱模的限制下,等径长筒难以应用,因此,采用锥形芯模更合适。另外,在已知产品长度的基础上增加10-20毫米的长度,便于后续加工操作。对于大长径比的碳纤维管,通过两级芯模对接和螺旋缠绕,可以减小碳纤维管直径的波动范围,减少碳纤维管两级内外径之间的间隙。

缠绕的设计参数

在缠绕过程中,缠绕厚度、缠绕角度和缠绕角度顺序对碳纤维管的性能有很大影响。例如,在传动轴和其他产品中使用碳纤维管时,应在横截面上产生相对运动,当层向与轴向成0°时,可减小横截面之间的相对运动,在±45°处铺设可提高轴的扭转阻力。在传动轴中使用碳纤维管等,可以减小截面间的相对运动。90°方向铺装能抵抗初始扭转状态下的剪应力,扭矩较大时抗剪承载力降低,但缠绕过程不能包覆0°铺装层,从而增大接近±45°和90°铺装角的比例。这些都有利于提高碳纤维管材的抗扭强度。同样,缠绕厚度和缠绕角度的顺序对碳纤维管的性能也有相应的变化规律。

脱模的技术要点

为了促进释放,通常在卷绕之前将脱模剂施加到芯模的表面上,但是在高性能碳纤维管的制造中,基于有机的脱模剂在固化过程中容易渗透到树脂中,从而对管材的成品造成损害并影响管的性能。为了避免这种情况的发生,选择含氟释放剂可以有效地减少缺陷。芯模需要反复使用,如果车头被汽车加工取下或脱模时安装,会对芯模表面造成损坏。在这种情况下,需要使用耐高温粘合剂修复伤口或使用焊接,然后研磨到位。否则,将直接影响下一批碳纤维管的质量。

从理论上讲,碳纤维管比传统金属管具有强度高、耐腐蚀、热膨胀系数小、抗蠕变、自润滑、抗疲劳、使用寿命长、吸能、抗震等性能优势。最重要的是它的密度小,重量轻,与同一根钢管相比可以减轻80%以上的重量。然而,从应用的角度来看,碳纤维管能否真正体现上述性能优势,仍取决于实际生产中的诸多技术因素。

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