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碳纖維管卷制工藝及應用優勢
2018.04.01

碳纖維管卷制工藝及應用優勢

 

碳纖維管材在工業領域中的應用越來越多,質量輕強度大的優勢性能成為其取代傳統金屬管件的主要原因。卷制工藝,是樹脂基碳纖維管材應用較多的成型方式之一。

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碳纖維管卷制工藝流程:

青島瑞高將碳纖管的卷制工藝分為以下四個基本步驟:

預制階段:要根據壁管的厚度確定預浸料的長度,仔細清理芯模,涂上脫模劑,然后調整芯模和預浸料的位置,準備卷制。

卷制階段:在卷管機運轉后,勻速送料,通過壓板的力量將預浸料均勻地卷到芯模上。然后將卷制好的碳纖管連同芯模一起放置于卷壓機上,進一步壓實預浸料,并裹覆上一層薄膜。

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固化階段:將壓實的碳纖管從壓管機上取出,送入固化爐中固化成型。管材固化后,去除芯模型,即可以得到碳纖維管材的初始形態。

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加工階段:將除去表面覆膜的碳纖維管材放置于打磨機中對其表面進行打磨,使其光滑平整,然后噴漆,這個環節之后,還需要二次精磨,并根據產品需要的尺寸進行精加工,直到達到管材的最終要求。

青島瑞高表示,采用卷制工藝生產的碳纖維管最長可達3.1m,直徑最大可達150mm,除此之外,針對有大口徑管材需求的客戶,還可采用其他工藝生產,理論上可生產500mm口徑管材,能基本滿足現階段工業領域對碳纖維管材的需求。

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碳纖維管的張力優化設計:

青島瑞高認為,碳纖維管的生產工藝看似簡單,但是實際的成品質量卻存在著很大差異,例如,市場上很多碳纖維圓管在做孔加工時,很容易呈現出分層、管壁碎裂等情況,這都是和管材本身性能有關。因為在管材內部施加壓力時,產生的環向應力必須要大于軸向應力,提高環向承載能力是提高管材強度的關鍵。如卷制時張力控制不當,內壓產生的環向拉力不能均勻地作用于每層的環向纖維上,就會產生逐層破裂現象,嚴重影響管材質量。所以,在卷制過程中,對各層碳纖維織物的環向張力進行準確控制能有效提高碳纖維管材的承載能力。

根據青島瑞高的實際經驗和其對卷制碳纖維管的內部應力分析可以看出,在管材的卷制過程中,每新卷入一層纖維織物,都會對已卷好各層產生內壓力,使前面各層的內張力下降。為使卷制管材環向拉伸能力達到最佳,必須使最終卷制的各層纖維織物處于等內張力狀態。因此卷制時首層外張力必須最大,然后控制外張力隨半徑增大依次遞減。

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青島瑞高認為,對碳纖維管材張力優化的關鍵是找出卷制半徑逐漸增大時施加于纖維織物上的張力變化規律。在用該張力進行卷制完成后,要使得管體內部各處的環向應力均相等,當進行內壓爆破時,各層環向纖維能同時均勻受力,這樣就能實現纖維強度轉化率的有效提高。

影響碳纖維管性能的因素和應用優勢:

影響卷制碳纖維管材性能的主要因素是碳纖維紗料、樹脂基體以及卷制工藝過程中的溫、濕度等。青島瑞高強調,卷制碳纖維管材的拉伸強度,不僅取決于纖維的強度,層間粘接強度的高低,也決定了產品的綜合性能,影響產品的使用壽命,因此制造工藝中的很多細節都很重要。例如,卷制時固化溫度的高低是樹脂流動性的主導因素,對流動性的適當掌控能減少或避免管材表面出現微型氣泡和微型空隙,增加層間粘結性。


青島瑞高提供的數據表明,與其它管材制備工藝相比,卷制碳纖維管具有一般纏繞工藝所有的強度,而且工藝成型速度更快,雖然生產成本比拉擠工藝略高,但是使用這種工藝生產出的管材成品質量更好、強度更大,因此特別適合大批量的高性能圓管或厚壁類圓管的生產。

高性能、高質量的碳纖維圓管可以廣泛應用于醫療器械、體育器材、無人機、工業機械、各類輥軸中,更輕更強的材質有助于提升應用對象的綜合性能,彌補金屬制品過重、不耐腐蝕、較大溫差下蠕變大和高能源消耗等缺陷,為更多工業機械產品的升級換代提供幫助。

 


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