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碳纖維管性能優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)總結(jié)

碳纖維制品里，板材和管材的使用率較高，在研究碳纖維復(fù)合材料綜合性能時(shí)，經(jīng)常會(huì)拿這兩種制品來實(shí)驗(yàn)。針對(duì)碳纖維管性能的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我們可以通過一些數(shù)據(jù)來做一些了解。

碳纖維管的性能優(yōu)勢(shì)與鋪層技術(shù)密不可分

碳纖維管的加工方式有好幾種，利用卷管機(jī)卷制成型，再通過熱壓罐高溫烘烤的方式較為普及。其實(shí)在卷制和熱壓之前，還有一道工序非常重要，它就是鋪層。碳纖維管的性能與鋪層技術(shù)息息相關(guān)，通常會(huì)按照±45°/0°/±45°/0°/±45°/±45°/0°/±45°/0°/±45°/的鋪層方式以纏繞工藝完成卷制。

通過數(shù)據(jù)正確認(rèn)識(shí)碳纖維管的性能優(yōu)點(diǎn)

1、密度：碳纖維管的密度并不是固定的，它由碳纖維原絲和樹脂綜合決定。通過工具測(cè)量，測(cè)一根碳纖維管的密度為1.451g/cm^3，通過計(jì)算得出樹脂含量為53.4%，比預(yù)浸布的樹脂含量高，說明該碳纖維管中存在空隙。當(dāng)以5%的空隙率計(jì)算時(shí)，得到樹脂含量為39.0%，與頂浸布的樹脂含量符合。

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(cè)試，彎曲的剪切模量理論為8.63GPa，實(shí)測(cè)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(cè)得103MPa，與理論值也很相近。

3、拉伸強(qiáng)度和模量：碳纖維管的理論拉伸強(qiáng)度為488MPa，實(shí)際為428MPa，實(shí)側(cè)值遠(yuǎn)未達(dá)到理論值。主要有兩個(gè)原因：一是層間粘結(jié)性能欠佳，在試驗(yàn)過程發(fā)生分層，使復(fù)合材料管壁沒有起整體作用；第二是管子兩端夾頭，是用玻璃鋼包繃金屬夾頭，再連接金屬拉伸夾頭，拉伸力是由包纏繞的玻璃鋼靠膠接力傳到碳纖維復(fù)合材料管子上的，中間有個(gè)力的傳導(dǎo)。而它的實(shí)際拉伸模量與理論值是很相近的。

利用真實(shí)的測(cè)量數(shù)據(jù)，可以知道碳纖維管的多項(xiàng)性能指數(shù)，另外還能判斷該碳纖維管是否符合客戶的實(shí)際需求。

碳纖維管存在的幾點(diǎn)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：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。

碳纖維管的缺點(diǎn)固然存在，但是依然掩蓋不了它在多個(gè)高端領(lǐng)域的耀眼光芒。新一代的熱塑性碳纖維復(fù)合材料已經(jīng)問世，熱塑碳纖維管的出現(xiàn)只是時(shí)間問題。