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碳纖維管的應用
2018.04.10

碳纖維管材的應用

   碳纖維管是碳纖維復合材料在工業、民用、醫療等領域中較為常見的應用形式之一,因為其具有質量輕、強度高、設計靈活等優點,有成為新一代零部件的發展趨勢。下文就選取最有代表性的十類對其應用價值進行簡單介紹。

一、無人機機體部件

碳纖維材料質輕而高強,物理化學性能都非常好,如今的航拍機、植?;確尚釁鞫計蠐謔褂謎庵植牧?,大多數金屬的疲勞極限是其抗拉強度的30%-50%,而碳纖維復合材料的疲勞極限可達到抗拉強度的70%-80%,在使用過程中可減少由突發性事故帶來的機體傷害,安全性高,壽命長。除了可以使用一體成型的碳纖維殼體外,將碳纖維管用作無人機的臂管和零部件也是非常常見的應用形式。

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二、工業機械用輥軸

大尺寸的碳纖維管材可用于紡織機械、鋁箔機械、塑料薄膜機械、造紙機械、印刷/印染機械行業、包裝機械、游艇、游輪、風力發電機、風機傳動、工業泵系統及冷卻塔等多種行業。碳纖維管用于工業機械輥軸的優勢非常突出。以無紡布機械用軸為例,因為無紡布的結構比較特殊,它與傳統織布相比,自身的布強力很小,斷裂伸長卻比較大,因此張力輥的重量必須很輕,當無紡布的幅寬達到甚至超過4米時,傳統的鋼制輥體重量會增加很多。相比而言,由碳纖維管制成的無紡布機械用輥,其重量優勢就很突出,即便長度增加幾米,整體重量也是很有限的。這樣不僅能滿足幅寬加大的生產需要,還能給操作人員減輕一定的勞動強度。

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三、智能機械伸縮臂

在碳纖維機械臂中,伸縮式臂管的用途越來越廣泛。由國家鐵道研究院研制的一款用于隧道勘測及檢修的智能機械中就使用了一組碳纖維伸縮式套管,該機械臂的長度可以由一米延長到近三米長,在主臂的控制下,套管能將臂前端裝有探測器等設備的工作盒伸向狹小縱深等整個機械不便于進入的空間進行工作,有效擴大了這種智能機械的工作范圍。碳纖維復合材料的強度很大,不僅能很好地承受前端的探測器的重量,而且其本身極輕的重量將機械工作過程中的能耗降到了較低的水平,直接延長了工作時間,減少損耗并提升工作效率。

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四、攝影機跟焦滑軌

外出拍攝的時候,攝影工作人員經常為要攜帶太多太重的器材而感到煩惱,跟焦軌道、搖臂、攝像機等器材的搬運總是讓小團隊或單人作戰的拍攝工作顯得非常的吃力。為了讓負載更為輕松,滑動更加流暢,操縱更加便捷,使用碳纖維管的跟焦滑軌成為高端攝影團隊的利器。例如一款長達1.2m、寬16.2cm、管材壁厚為2mm的碳纖維軌道凈重僅有1.9kg,承重卻能達到10kg,能很好地滿足工作需要。

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五、醫療器械零部件

碳纖維在醫療器械中應用最多的是碳纖維醫療板材,良好的X光透過率是碳纖維醫療板最突出的優勢。事實上,碳纖維管在醫療器械中的應用也比較常見,例如在輪椅中,碳纖維就是較好的減重部件。碳纖維輪椅配件與同規格鋁合金材質配件相比要輕一半以上,但是強度要大得多。

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六、高速閘道起落桿

閘道桿的起落速度與其自身的重量有直接關系,一般情況是,桿體越重起落速度越慢、所需能耗越大。碳纖維道閘桿具有強度高、重量輕、起落迅速等優點,一根普通的6米長的起落桿起落時間需要6秒,而同等長度和大小的碳纖維起落桿的最快起落時間僅為0.2秒,它的應用能有效解決高速ETC起落緩慢的缺點。這對于高效率電子識別的停車場系統尤為適用,特別是在進出車流高峰期,可以有效縮減車輛進出所需的等待時間,提高服務效率。

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七、臨時支撐桿

測繪儀器、攝影器材、野營帳篷等,在使用時都需要堅固可靠的支撐,對于支撐桿來說,肯定是越重越穩,但是從實際使用的角度來看,較輕的質量更適于長途跋涉攜帶。質量輕、堅固耐用的碳纖維管能夠很好地勝任這一重任,碳纖維比鋁合金材質更有彈性,只要不是猛烈磕碰導致碎裂,一般不會對管柱造成結構性的影響,但是金屬架子有可能磕出坑來影響架體的收合,從長期使用的角度看,金屬架體更容易出現打彎變形等問題。

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八、體育運動器材

高爾夫球桿、滑雪桿、漁具都是碳纖維管較早的應用形式,碳纖維高爾夫球桿與鋼制球桿在重量方面的重要差別,對于大部分球員而言,直接意味著揮桿速度的差別,即碳纖維桿要快個2-4mph,這也意味著擊球距離會增加6-12碼。而用碳纖維制造的釣竿具有輕、堅實、抗拉強度高的特點,用于釣竿生產方面的碳纖維含量多少,直接決定釣竿的價值和品位,一般的含碳量為30%-90%左右,不過使用碳纖維魚竿時應特別注意防電。

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九、槍械管

早在幾年前,美國蒙大拿州的Proof Research的槍械研發公司就生產出由碳纖維包裹的槍管,與傳統鋼制槍管相比,碳纖維槍管的重量要輕64%,并能改善散熱性能,從而降低槍管的溫度并延長其使用壽命,此外還能降低槍的震動。由于碳纖維槍管在所有的性能指標上都具有吸引力,已受到了獵人、射擊運動員及軍方的高度關注。

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