碳纤维管材的特性、常见种类、加工及典型应用。

01碳纤维管材的优势

近年来，碳纤维管材在许多领域如汽车、自动化和工业机器人等越来越受欢迎，那么是什么原因让它们在铝或钛等金属的竞争中脱颖而出？

碳纤维管具有足够高的抗拉强度，可以在重量是重要因素的应用中取代钢、钛或铝。在相同强度下，碳纤维复合材料密度是钢的三分之一。它们也耐腐蚀，可以承受高温，并且热膨胀最小。根据具体的碳纤维管设计，它可以是刚性的，也可以是柔性的。

碳纤维管材的主要优势包括：

高强度和高刚度

出色的抗疲劳性

尺寸稳定性：低 CTE（热膨胀系数）

耐腐蚀

X 射线透明性

02 碳纤维管材的种类

碳纤维管在设计时可以按照不同角度对纤维层进行定向，使其适用于特定应用。比如具有0°结构叠层的碳纤维管具有沿单个方向排列的纤维，可以实现线性强度和刚度；它们能抵抗弯曲，但如果受到冲击，它们很容易被压碎；因而，它们通常用于支撑结构。具有0°/90°构造叠层的碳纤维管具有在两个方向上对齐的纤维，以比具有0°构造叠层的管更好地抵抗挤压和扭曲的能力。

碳纤维管可以定制加工，因此采用高端工艺和最先进的技术，可以制备多种形状的管材，主要包括：

方形碳纤维管

长方形碳纤维管

六角碳纤维管

椭圆形碳纤维管

锥形碳纤维管（一端直径比另一端小）

03 碳纤维管材的加工

按照加工方式，碳纤维管材可以分为：卷绕预浸料碳纤维管、编织碳纤维管、拉挤碳纤维管等。

卷绕预浸料碳纤维管：卷绕预浸料碳纤维管通过使用多层斜纹织物或单向织物碳纤维预浸料缠绕在金属模具上，然后经高温固化加工而成。该型碳纤维管非常适合需要最高弯曲刚度和最低重量的应用，如自动化、机器人、伸缩杆和无人机部件等。此外，这些长筒管可选择高模量和超高模量碳纤维，也可选择外层织物，如彩色凯夫拉织物。

编织碳纤维管：编织碳纤维管由碳纤维编织物和单向织物组成。它们具有优异的扭转特性和抗压强度，是高扭矩应用的理想选择。这些碳管有圆形、矩形和方形，可以轴向优化，也可以用更高模量的碳纤维制成，以增加弯曲刚度。

拉挤碳纤维管：通过使用碳纤维（以12k规格居多）与环氧树脂/乙烯基树脂通过采用拉挤成型工艺加工制备，拉挤碳纤维管有方形、圆形、矩形等不同规格，产品示意图如下图所示。

04 碳纤维管材的典型应用

碳纤维管材在汽车工业和自行车领域应用较为广泛，碳纤维管用于汽车、摩托车和自行车时可以减轻重量。主要应用包括：运动自行车或赛车的排气系统、采用碳纤维悬架弹簧的跑车悬架系统、赛车零件如碳纤维制动卡钳或碳纤维制动盘、轻型赛车和山地自行车车架等。

碳纤维管的其他常见应用包括：

航空航天梁和翼梁

望远镜

机器人技术

箭头轴

皮划艇桨

遥控模型

游艇

来源：碳纤维及其复合材料技术

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