碳纖維管材的特性、常見種類、加工及典型應用。
01碳纖維管材的優勢
近年來，碳纖維管材在許多領域如汽車、自動化和工業機器人等越來越受歡迎，那么是什么原因讓它們在鋁或鈦等金屬的競爭中脫穎而出？
碳纖維管具有足夠高的抗拉強度，可以在重量是重要因素的應用中取代鋼、鈦或鋁。在相同強度下，碳纖維復合材料密度是鋼的三分之一。它們也耐腐蝕，可以承受高溫，并且熱膨脹最小。根據具體的碳纖維管設計，它可以是剛性的，也可以是柔性的。
碳纖維管材的主要優勢包括：
高強度和高剛度
出色的抗疲勞性
尺寸穩定性：低 CTE（熱膨脹系數）
耐腐蝕
X 射線透明性
02 碳纖維管材的種類
碳纖維管在設計時可以按照不同角度對纖維層進行定向，使其適用于特定應用。比如具有0°結構疊層的碳纖維管具有沿單個方向排列的纖維，可以實現線性強度和剛度；它們能抵抗彎曲，但如果受到沖擊，它們很容易被壓碎；因而，它們通常用于支撐結構。具有0°/90°構造疊層的碳纖維管具有在兩個方向上對齊的纖維，以比具有0°構造疊層的管更好地抵抗擠壓和扭曲的能力。
碳纖維管可以定制加工，因此采用高端工藝和最先進的技術，可以制備多種形狀的管材，主要包括：
方形碳纖維管
長方形碳纖維管
六角碳纖維管
橢圓形碳纖維管
錐形碳纖維管（一端直徑比另一端�。�
03 碳纖維管材的加工
按照加工方式，碳纖維管材可以分為：卷繞預浸料碳纖維管、編織碳纖維管、拉擠碳纖維管等。
卷繞預浸料碳纖維管：卷繞預浸料碳纖維管通過使用多層斜紋織物或單向織物碳纖維預浸料纏繞在金屬模具上，然后經高溫固化加工而成。該型碳纖維管非常適合需要最高彎曲剛度和最低重量的應用，如自動化、機器人、伸縮桿和無人機部件等。此外，這些長筒管可選擇高模量和超高模量碳纖維，也可選擇外層織物，如彩色凱夫拉織物。
編織碳纖維管：編織碳纖維管由碳纖維編織物和單向織物組成。它們具有優異的扭轉特性和抗壓強度，是高扭矩應用的理想選擇。這些碳管有圓形、矩形和方形，可以軸向優化，也可以用更高模量的碳纖維制成，以增加彎曲剛度。
拉擠碳纖維管：通過使用碳纖維（以12k規格居多）與環氧樹脂/乙烯基樹脂通過采用拉擠成型工藝加工制備，拉擠碳纖維管有方形、圓形、矩形等不同規格，產品示意圖如下圖所示。
04 碳纖維管材的典型應用
碳纖維管材在汽車工業和自行車領域應用較為廣泛，碳纖維管用于汽車、摩托車和自行車時可以減輕重量。主要應用包括：運動自行車或賽車的排氣系統、采用碳纖維懸架彈簧的跑車懸架系統、賽車零件如碳纖維制動卡鉗或碳纖維制動盤、輕型賽車和山地自行車車架等。
碳纖維管的其他常見應用包括：
航空航天梁和翼梁
望遠鏡
機器人技術
箭頭軸
皮劃艇槳
遙控模型
游艇
來源：碳纖維及其復合材料技術
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