碳纤维卷管成型工艺分析

  碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic,CFRP)是由碳纤维与其它基体材料通过复合工艺组合而成的新型材料。 它除了保持原材料的特点外,还具有单一的原材料不具备的性能。碳纤维管是碳纤维复合材料的基础产品,在航空航天、医疗器械、军Y武装、体育用品等都有着广泛的应用。

  卷管成型工是用预浸胶布在卷管机上热卷成型的一种复合材料制品成型方法,其原理是借助卷管机上的热辊,将胶布软化,使胶布上的树脂熔融。在一定的张力作用下,辊筒在运转过程中,借助辊筒与芯模之间的摩擦力,将胶布连续卷到芯管上,直到要求的厚度,然后经冷辊冷却定型,从卷管机上取下,送入固化炉中固化。管材固化后,脱去芯模,即得碳纤维卷管。

  卷管成型按其上布方法的不同而可分为手工上布法和连续机械法两种。其基本过程是:首先清理各辊筒,然后将热辊加热到设定温度,调整好胶布张力。在压辊不施加压力的情况下,将引头布先在涂有脱模剂的管芯模上缠上约1圈,然后放下压辊,将引头布贴在热辊上,同时将胶布拉上,盖贴在引头布的加热部分,与引头布相搭接。

  引头布的长度约为800~1200mm,视管径而定,引头布与胶布的搭接长度一般为150~250mm。在卷制厚壁管材时,可在卷制正常运行后,将芯模的旋转速度适当加快,在接近设计壁厚时再减慢转速,至达到设计厚度时,切断胶布。然后在保持压辊压力的情况下,继续使芯模旋转1~2圈。最后提升压辊,测量管坯外径,合格后,从卷管机上取出,送入固化炉中固化成型。

  采用卷制预浸料方式制作的碳纤维管非常适合需要高弯曲刚度和轻量化应用的配套设备,如自动化机械辊轴、机器人手臂、设备伸缩杆和无人机部件等。此外,这些管材在制作时可根据需要选择高模量和超高模量碳纤维材料,也可选择一些特殊的外层织物进行包覆。

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