碳纤维管又(yòu)称碳素纤维管，也称碳管、碳纤管，由碳纤维材料及特定的树脂材料组成。广泛应用(yòng)于无人机、转动轴、辊轴、医疗器械、體(tǐ)育器材、高端摄影机滑轨等多(duō)种配套设备中，是高端工业领域用(yòng)来替代金属管材的轻量化材料之一。

　　随着碳纤维管材的应用(yòng)价值受到多(duō)行业的重视，其也成為(wèi)國(guó)内碳纤维制品厂家的基础产品之一，但是，从近期的市场反馈看，碳纤维管材的质量良莠不齐，有(yǒu)的甚至是鱼目混珠，有(yǒu)的管材仅是外包覆3k碳纤维，内部却混杂了玻纤的成分(fēn)，直接影响了管材的质量，并為(wèi)后续的应用(yòng)设备和生产带来了严重的安全隐患和不可(kě)估量的经济损失。无锡威盛新(xīn)材料科(kē)技有(yǒu)限公司以多(duō)样化的碳纤维制品服務(wù)于轨道交通、汽車(chē)、航空、医疗等多(duō)个行业，在碳纤维管材、板材和结构件等方面拥有(yǒu)丰富的行业经验。下文(wén)就根据这个碳纤维管材资深厂家提供的技术信息，从生产方面总结出影响碳纤维管材质量的几个重要因素，以供咨鉴。

　　工艺的區(qū)别

　　碳纤维管材一般采用(yòng)拉挤、缠绕、卷制等方式制成，威盛新(xīn)材认為(wèi)这几种工艺各有(yǒu)利弊：拉挤成型容易实现纤维的连续性，但不能(néng)实现纤维角度的任意变化；缠绕工艺能(néng)够按产品的受力状况设计缠绕规律，能(néng)充分(fēn)发挥出纤维的强度，最大限度地保证了管材所要求的结构性能(néng)，但是缠绕成型适应性小(xiǎo)，不能(néng)缠任意结构形式的制品，特别是表面有(yǒu)凹的制品，因為(wèi)缠绕时，纤维不能(néng)紧贴芯模表面而架空；卷制工艺机械自动化程度高，管材成品在强度上比拉挤工艺要高，外观也能(néng)做出3k编织纹路，适用(yòng)的范围更广，相对来说成本也要高一些。

　　原材料的选择

　　既然碳纤维管材的强度是由其中的碳纤维材料决定的，因此，用(yòng)于碳纤维管材制造的碳纤维材料本身的质量尤為(wèi)重要。威盛新(xīn)材表示，来自于日本东丽、台塑等世界一流碳纤维生产商(shāng)的产品质量还是比较可(kě)靠的，不同系列的碳纤维碳纱在力學(xué)性能(néng)和成本上差别也很(hěn)大，最终决定了碳纤维管的性能(néng)和价格。除此之外，树脂的选择也不容忽视，树脂的主要作用(yòng)是把碳纤维粘在一起，分(fēn)配碳纤维间的载荷，保护碳纤维不受环境影响，树脂基體(tǐ)的选择必须遵循固化方便、粘附力强、收缩性低、力學(xué)性能(néng)好等原则。

　　芯模的材质

　　不同材料制成的芯模对管材的表面精度及性能(néng)有(yǒu)一定的影响。有(yǒu)些低端的碳纤维管生产采用(yòng)聚乙烯醇-砂、木(mù)-玻璃钢等材料制作缠绕芯模，但是这些材料或是难耐150℃以上的固化温度，或是工艺水平过于粗糙，难以制作出高质量的碳纤维管。相比较而言，钢和硬铝是两种较為(wèi)常用(yòng)的芯模材料，钢的密度和硬度都比硬铝大，但钢的热膨胀系数不及硬铝。高性能(néng)碳管需要在高温下进行固化，环氧树脂體(tǐ)系的固化温度也可(kě)达170℃。在此种情况下，硬铝热膨胀产生的固化内压，能(néng)很(hěn)好地提高碳管的密度和力學(xué)性能(néng)。

　　芯模的设计

　　除了芯模本身材料外，其筒身部分(fēn)设计与碳纤维管的長(cháng)度也有(yǒu)直接联系。如果碳纤维管長(cháng)度较短，芯模的筒身部分(fēn)可(kě)以制成等直径，如果管材長(cháng)度要求比较長(cháng)，在机床的加工精度及脱模等因素的制约下，等直径的長(cháng)筒身应用(yòng)困难，因此，采用(yòng)带锥度的芯模筒身较為(wèi)适宜。另外，在已知产品長(cháng)度的基础上再加長(cháng)10-20mm，便于后续的机械加工操作。对于長(cháng)度与直径比值较大的碳纤维管来说，采用(yòng)两段芯模对接和螺旋缠绕的方式，减小(xiǎo)其直径的波动范围，可(kě)缩小(xiǎo)碳纤维管两段内外径差距。

　　缠绕的设计参数

　　缠绕成型中，缠绕厚度、缠绕角度以及缠绕角度的顺序对碳纤维管的性能(néng)都有(yǒu)较大的影响。例如，当碳纤维管材应用(yòng)于传动轴之类产品时，在横截面上要产生相对运动，与轴向呈0°的铺层可(kě)以减小(xiǎo)横截面间的相对运动；±45°铺层有(yǒu)利于提高轴的抗扭性能(néng)；90°方向铺层在初始扭转状态可(kě)起到抵抗切应力的作用(yòng)，当扭矩较大时承扭能(néng)力下降，但是缠绕工艺不能(néng)缠绕0°铺层，所以增加接近±45°和接近90°铺层角度的比例，都有(yǒu)利于提高碳纤维管材的抗扭强度。同样，缠绕的厚度和缠绕角度的顺序对碳纤维管材的性能(néng)影响也有(yǒu)相关的变化规律可(kě)循。

　　脱模的技术要点

　　為(wèi)了便于脱模，一般会在缠绕之前就在芯模的表面涂刷脱模剂，但是在高性能(néng)碳纤维管的制造中，有(yǒu)机类脱模剂在固化过程中易渗入树脂中，对管材成品造成伤害，影响到管材的性能(néng)。為(wèi)避免这种情况，选择含氟的脱模剂能(néng)有(yǒu)效减少缺陷的产生。芯模需要反复使用(yòng)，如果在脱模时使用(yòng)車(chē)加工或钳工的方式去除封头，会对芯模表面造成损伤，遇到这种情况需利用(yòng)耐高温胶黏剂补平伤口或采用(yòng)焊接的方式，再磨削到位，否则会直接影响到下一批碳纤管的制品质量。

　　从理(lǐ)论上讲，碳纤维管材比传统金属管材具有(yǒu)更多(duō)的性能(néng)优势，如强度高、耐腐蚀、热膨胀系数小(xiǎo)、抗蠕变、自润滑、耐疲劳、使用(yòng)寿命長(cháng)，还能(néng)吸能(néng)抗震，最关键的是其密度小(xiǎo)质量轻，能(néng)比同样的钢制管材减重80％以上。但是从应用(yòng)情况看，碳纤维管材能(néng)否真正體(tǐ)现出以上的性能(néng)优势，还是由实际生产中的诸多(duō)技术因素决定的。