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碳纤维管的应用
2018.04.10

碳纤维管材的应用

   碳纤维管是碳纤维复合材料在工业、民用、医疗等领域中较为常见的应用形式之一,因为其具有质量轻、强度高、设计灵活等优点,有成为新一代零部件的发展趋势。下文就选取最有代表性的十类对其应用价值进行简单介绍。

一、无人机机体部件

碳纤维材料质轻而高强,物理化学性能都非常好,如今的航拍机、植保机等飞行器都偏向于使用这种材料,大多数金属的疲劳极限是其抗拉强度的30%-50%,而碳纤维复合材料的疲劳极限可达到抗拉强度的70%-80%,在使用过程中可减少由突发性事故带来的机体伤害,安全性高,寿命长。除了可以使用一体成型的碳纤维壳体外,将碳纤维管用作无人机的臂管和零部件也是非常常见的应用形式。

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二、工业机械用辊轴

大尺寸的碳纤维管材可用于纺织机械、铝箔机械、塑料薄膜机械、造纸机械、印刷/印染机械行业、包装机械、游艇、游轮、风力发电机、风机传动、工业泵系统及冷却塔等多种行业。碳纤维管用于工业机械辊轴的优势非常突出。以无纺布机械用轴为例,因为无纺布的结构比较特殊,它与传统织布相比,自身的布强力很小,断裂伸长却比较大,因此张力辊的重量必须很轻,当无纺布的幅宽达到甚至超过4米时,传统的钢制辊体重量会增加很多。相比而言,由碳纤维管制成的无纺布机械用辊,其重量优势就很突出,即便长度增加几米,整体重量也是很有限的。这样不仅能满足幅宽加大的生产需要,还能给操作人员减轻一定的劳动强度。

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三、智能机械伸缩臂

在碳纤维机械臂中,伸缩式臂管的用途越来越广泛。由国家铁道研究院研制的一款用于隧道勘测及检修的智能机械中就使用了一组碳纤维伸缩式套管,该机械臂的长度可以由一米延长到近三米长,在主臂的控制下,套管能将臂前端装有探测器等设备的工作盒伸向狭小纵深等整个机械不便于进入的空间进行工作,有效扩大了这种智能机械的工作范围。碳纤维复合材料的强度很大,不仅能很好地承受前端的探测器的重量,而且其本身极轻的重量将机械工作过程中的能耗降到了较低的水平,直接延长了工作时间,减少损耗并提升工作效率。

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四、摄影机跟焦滑轨

外出拍摄的时候,摄影工作人员经常为要携带太多太重的器材而感到烦恼,跟焦轨道、摇臂、摄像机等器材的搬运总是让小团队或单人作战的拍摄工作显得非常的吃力。为了让负载更为轻松,滑动更加流畅,操纵更加便捷,使用碳纤维管的跟焦滑轨成为高端摄影团队的利器。例如一款长达1.2m、宽16.2cm、管材壁厚为2mm的碳纤维轨道净重仅有1.9kg,承重却能达到10kg,能很好地满足工作需要。

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五、医疗器械零部件

碳纤维在医疗器械中应用最多的是碳纤维医疗板材,良好的X光透过率是碳纤维医疗板最突出的优势。事实上,碳纤维管在医疗器械中的应用也比较常见,例如在轮椅中,碳纤维就是较好的减重部件。碳纤维轮椅配件与同规格铝合金材质配件相比要轻一半以上,但是强度要大得多。

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六、高速闸道起落杆

闸道杆的起落速度与其自身的重量有直接关系,一般情况是,杆体越重起落速度越慢、所需能耗越大。碳纤维道闸杆具有强度高、重量轻、起落迅速等优点,一根普通的6米长的起落杆起落时间需要6秒,而同等长度和大小的碳纤维起落杆的最快起落时间仅为0.2秒,它的应用能有效解决高速ETC起落缓慢的缺点。这对于高效率电子识别的停车场系统尤为适用,特别是在进出车流高峰期,可以有效缩减车辆进出所需的等待时间,提高服务效率。

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七、临时支撑杆

测绘仪器、摄影器材、野营帐篷等,在使用时都需要坚固可靠的支撑,对于支撑杆来说,肯定是越重越稳,但是从实际使用的角度来看,较轻的质量更适于长途跋涉携带。质量轻、坚固耐用的碳纤维管能够很好地胜任这一重任,碳纤维比铝合金材质更有弹性,只要不是猛烈磕碰导致碎裂,一般不会对管柱造成结构性的影响,但是金属架子有可能磕出坑来影响架体的收合,从长期使用的角度看,金属架体更容易出现打弯变形等问题。

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八、体育运动器材

高尔夫球杆、滑雪杆、渔具都是碳纤维管较早的应用形式,碳纤维高尔夫球杆与钢制球杆在重量方面的重要差别,对于大部分球员而言,直接意味着挥杆速度的差别,即碳纤维杆要快个2-4mph,这也意味着击球距离会增加6-12码。而用碳纤维制造的钓竿具有轻、坚实、抗拉强度高的特点,用于钓竿生产方面的碳纤维含量多少,直接决定钓竿的价值和品位,一般的含碳量为30%-90%左右,不过使用碳纤维鱼竿时应特别注意防电。

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九、枪械管

早在几年前,美国蒙大拿州的Proof Research的枪械研发公司就生产出由碳纤维包裹的枪管,与传统钢制枪管相比,碳纤维枪管的重量要轻64%,并能改善散热性能,从而降低枪管的温度并延长其使用寿命,此外还能降低枪的震动。由于碳纤维枪管在所有的性能指标上都具有吸引力,已受到了猎人、射击运动员及军方的高度关注。

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