碳纖維管性能優點和缺點總結

碳纖維制品里，板材和管材的使用率較高，在研究碳纖維復合材料綜合性能時，經常會拿這兩種制品來實驗。針對碳纖維管性能的優點和缺點，我們可以通過一些數據來做一些了解。

碳纖維管的性能優勢與鋪層技術密不可分

碳纖維管的加工方式有好幾種，利用卷管機卷制成型，再通過熱壓罐高溫烘烤的方式較為普及。其實在卷制和熱壓之前，還有一道工序非常重要，它就是鋪層。碳纖維管的性能與鋪層技術息息相關，通常會按照±45°/0°/±45°/0°/±45°/±45°/0°/±45°/0°/±45°/的鋪層方式以纏繞工藝完成卷制。

通過數據正確認識碳纖維管的性能優點

1、密度：碳纖維管的密度并不是固定的，它由碳纖維原絲和樹脂綜合決定。通過工具測量，測一根碳纖維管的密度為1.451g/cm^3，通過計算得出樹脂含量為53.4%，比預浸布的樹脂含量高，說明該碳纖維管中存在空隙。當以5%的空隙率計算時，得到樹脂含量為39.0%，與頂浸布的樹脂含量符合。

2、彎曲剪切強度和模量：碳纖維管彎曲剪切模量分析復雜，因為碳纖維管本身承受橫向彎曲時，管壁上要承受垂直方向的剪切應力，而這個剪切應力又可以分解成兩個剪切應力。經測試，彎曲的剪切模量理論為8.63GPa，實測為8.46GPa，比較相符。

當碳纖維圓管彎曲受剪時，其剪切應力是很復雜的，不僅有沿管壁切向剪應力，還有垂直管壁的層間剪應力。理論上，此碳纖維管的剪切強度為112MPa，實際測得103MPa，與理論值也很相近。

3、拉伸強度和模量：碳纖維管的理論拉伸強度為488MPa，實際為428MPa，實側值遠未達到理論值。主要有兩個原因：一是層間粘結性能欠佳，在試驗過程發生分層，使復合材料管壁沒有起整體作用；第二是管子兩端夾頭，是用玻璃鋼包繃金屬夾頭，再連接金屬拉伸夾頭，拉伸力是由包纏繞的玻璃鋼靠膠接力傳到碳纖維復合材料管子上的，中間有個力的傳導。而它的實際拉伸模量與理論值是很相近的。

利用真實的測量數據，可以知道碳纖維管的多項性能指數，另外還能判斷該碳纖維管是否符合客戶的實際需求。

碳纖維管存在的幾點缺點

1、價格貴：比傳統鋁合金，鋼鐵材料貴好幾倍，原材料制備技術不在國內，另外生產工藝需要大量人力成本，因此價格較高；

2、層鋪結構容易分層：鋪層經驗的高低，會影響鋪層的效果，分層說明空間存在間隙，直接影響碳纖維管的整體性能；

3、樹脂體系耐溫，耐老化性有待驗證：目前熱固性碳纖維管采用的是環氧樹脂，耐高溫程度不高，碳纖維管的整體耐高溫性能下降，正在研發的熱塑性碳纖維管可以解決這個難題；

4、耐沖擊性不好：這是因為碳纖維管成型后質地較脆，韌性下降導致。

碳纖維管的缺點固然存在，但是依然掩蓋不了它在多個高端領域的耀眼光芒。新一代的熱塑性碳纖維復合材料已經問世，熱塑碳纖維管的出現只是時間問題。