碳纤维管性能优点和缺点总结

碳纤维管性能优点和缺点总结

碳纤维制品里，板材和管材的使用率较高，在研究碳纤维复合材料综合性能时，经常会拿这两种制品来实验。针对碳纤维管性能的优点和缺点，我们可以通过一些数据来做一些了解。

碳纤维管的性能优势与铺层技术密不可分

碳纤维管的加工方式有好几种，利用卷管机卷制成型，再通过热压罐高温烘烤的方式较为普及。其实在卷制和热压之前，还有一道工序非常重要，它就是铺层。碳纤维管的性能与铺层技术息息相关，通常会按照±45°/0°/±45°/0°/±45°/±45°/0°/±45°/0°/±45°/的铺层方式以缠绕工艺完成卷制。

通过数据正确认识碳纤维管的性能优点

1、密度：碳纤维管的密度并不是固定的，它由碳纤维原丝和树脂综合决定。通过工具测量，测一根碳纤维管的密度为1.451g/cm^3，通过计算得出树脂含量为53.4%，比预浸布的树脂含量高，说明该碳纤维管中存在空隙。当以5%的空隙率计算时，得到树脂含量为39.0%，与顶浸布的树脂含量符合。

2、弯曲剪切强度和模量：碳纤维管弯曲剪切模量分析复杂，因为碳纤维管本身承受横向弯曲时，管壁上要承受垂直方向的剪切应力，而这个剪切应力又可以分解成两个剪切应力。经测试，弯曲的剪切模量理论为8.63GPa，实测为8.46GPa，比较相符。

当碳纤维圆管弯曲受剪时，其剪切应力是很复杂的，不仅有沿管壁切向剪应力，还有垂直管壁的层间剪应力。理论上，此碳纤维管的剪切强度为112MPa，实际测得103MPa，与理论值也很相近。

3、拉伸强度和模量：碳纤维管的理论拉伸强度为488MPa，实际为428MPa，实侧值远未达到理论值。主要有两个原因：一是层间粘结性能欠佳，在试验过程发生分层，使复合材料管壁没有起整体作用；第二是管子两端夹头，是用玻璃钢包绷金属夹头，再连接金属拉伸夹头，拉伸力是由包缠绕的玻璃钢靠胶接力传到碳纤维复合材料管子上的，中间有个力的传导。而它的实际拉伸模量与理论值是很相近的。

利用真实的测量数据，可以知道碳纤维管的多项性能指数，另外还能判断该碳纤维管是否符合客户的实际需求。

碳纤维管存在的几点缺点

1、价格贵：比传统铝合金，钢铁材料贵好几倍，原材料制备技术不在国内，另外生产工艺需要大量人力成本，因此价格较高；

2、层铺结构容易分层：铺层经验的高低，会影响铺层的效果，分层说明空间存在间隙，直接影响碳纤维管的整体性能；

3、树脂体系耐温，耐老化性有待验证：目前热固性碳纤维管采用的是环氧树脂，耐高温程度不高，碳纤维管的整体耐高温性能下降，正在研发的热塑性碳纤维管可以解决这个难题；

4、耐冲击性不好：这是因为碳纤维管成型后质地较脆，韧性下降导致。

碳纤维管的缺点固然存在，但是依然掩盖不了它在多个高端领域的耀眼光芒。新一代的热塑性碳纤维复合材料已经问世，热塑碳纤维管的出现只是时间问题。