在液晶面板以及一些电子元件的搬运中,牙叉能够代替人工很好的完成工作,随着面板面积的巨大化,原先的金属牙叉不足以承受其重量,会由于吸盘在吸住物品之后受到重力影响导致牙叉发生形变,甚至断裂,这严重影响产品质量。碳纤维复合材料作为质轻高强的材料,已经开始应用于牙叉的制作中。
作为一个运动性部件,牙叉一般要完成各类已定或将定的运动,材质的选择决定了牙叉的动态性能和静态性能。首先,轻型材料是制作牙叉的较佳选择。因为牙叉的自重不仅影响它的运动便捷性,还直接影响到驱使运动的能源消耗量。牙叉是运动的,需要有良好的受控性,因此不能过笨重,重量越轻转动惯量越小。从这个角度上说,钢类材料较重,比铝合金要重60%以上,高度度钢达到7.8g/cm3,铝也有2.7g/cm3,碳纤维比重较小,只有1.75g/cm3,因而碳纤维牙叉是目前所有材质中较轻的,能使牙叉操作更加灵便准确。
其次,牙叉在承受载荷时,不能有断裂和应变,也就是说用来制作牙叉的材料要有足够的强度,必须选择“高度强度的材料”。从性能看,铝比不上钢,就算是很好的铝,从模量、强度和韧性上看,性能仍旧比不上钢,铝合金的重量介于碳纤维和碳钢之间,强度次于碳纤维,高于碳钢,但韧性较低,缺乏弹性。碳纤维的特点不仅是质轻,强度更高。目前碳纤维复合材料强度约为1400MPa,一般的钢不过是600MPa,在比强度上碳纤维要比钢高出许多。
再者,牙叉的工作环境对材质也提出了相应的要求,比如一定的温差中,金属会出现相应的蠕变情况,这种蠕变看似微乎其微,但是对牙叉操作准确的影响还是比较明显的。碳纤维不同于一般的钢和铝合金,在零下几十度到200℃之间都能保持较小的蠕变性,因此可以适用于不同的工作环境中。
另外,从经济的角度方面来取舍的话,看似碳纤维原材料比铝合金要贵很多,但是在具体应用中,从原材料到成型,这其中的加工成本所占的成本比例更大。根据近期市场的反映,同样型号的铝合金牙叉与碳纤维牙叉的成本价格所差无几,因此,在性价比综合因素上看,碳纤维牙叉将有非常广阔的应用前景。