什么是CFRP管？CFRP管的应用及原理

什么是CFRP管？

CFRP管是由碳纤维增强塑料（CFRP）制成的圆柱形管道。 CFRP 是纤维增强塑料的缩写。该树脂采用碳纤维增强，具有较高的比强度和非弹性模量。

因此，碳纤维增强塑料被用于航天开发和飞机部件。

其他增强塑料包括FRP（纤维增强塑料）和GFRP（玻璃纤维增强塑料），但其物理性能因碳纤维成分和含量的不同而异。

• 玻璃钢

  FRP是在低模量的塑料中添加高模量的玻璃纤维来提高强度的复合材料。

• 玻璃钢

  GFRP是一种由玻璃纤维制成的复合材料，使用乙烯基酯和环氧树脂等树脂硬化。它的售价比其他增强塑料要低。

碳纤维增强塑料管道的应用

CFRP管用于天线、栅栏、柱子、竖井、钓鱼竿、假肢管等。

CFRP的热膨胀系数较低，一般小于3ppm。

因此，它被用于天文望远镜和检验夹具架。

它还具有出色的减振性能，比刚度约为钢的五倍。利用这一优势的产品包括液晶面板搬运手和并联连杆机器人。

此外，由于其热导率高达2～300W·m/℃，因此也被用于人造卫星的电池盒。

此外，它还具有非磁性、耐腐蚀性和导电性，用于直线电机外壳、抗震加固材料、工业罐和静电对策部件。

碳纤维布管道原理

CFRP管的生产方法主要有两种：纤维缠绕（FW）和片材缠绕（SW）。

• 什么是固件？

  FW是将无捻粗纱（一束碳纤维）用液体树脂浸渍并缠绕在旋转的心轴（模具）上，固化后从模具中取出的方法。

• 什么是SW？

  SW是将预浸料（浸渍有树脂的碳纤维片材）缠绕在心轴上，然后缠绕热收缩带，然后在烘箱中加热固化的方法。

  CFRP一般不具备像FRP那样的标准产品性能或功能。

  因此，CFRP材料没有标准，而是根据设计和制造使用材料，利用碳纤维的性能和功能。

  因此，与金属和塑料不同，CFRP在制造产品时需要材料设计。

  此外，CFRP主要用作使用镜面对称层压的基本层压方法。通过以这种方式层压，固化后的冷却过程中不会因热而导致变形。

  CFRP管道以管道横截面中心为基准，在高度和宽度方向上进行测量。

碳纤维增强塑料的类型

碳纤维增强塑料是碳纤维与树脂模压而成的制品，根据基体树脂的不同可分为热固性碳纤维增强塑料（CFRTS）和热塑性碳纤维增强塑料（CFRTP）两种。

• 热固性CFRP

  热固性CFRP是将浸有环氧树脂的碳纤维片材（预浸料）加工成所需尺寸，经加热固化，将碳纤维置于密闭模具中，浇注环氧树脂而成。这种方法称为RTM（树脂传递模塑）。

• 热塑性碳纤维增强塑料

  热塑性CFRP以聚丙烯为基材，经预浸料加热、软化、压制而成。注射成型也可能是一种替代方法。

  由于大规模生产需要快速成型，因此正在开发热固性 CFRP 和热塑性 CFRP 的技术。

  此外，除了上述材料之外，还正在考虑多种类型的CFRP基材。

  例如，热塑性树脂包括丙烯酸树脂(PMMA)、尼龙6(PA6)、聚酰胺(PA66)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚( PPS )、聚醚醚酮(PEEK)等。为此使用环氧树脂(EP) 。

碳纤维布的特点

CFRP 具有许多特性。例如，它具有优异的耐化学性、耐疲劳性、耐磨性和耐热性，以及高比模量和比强度。而且CFRP是一种非常轻的材料。

比较几种材料，通用塑料的比重约为每立方厘米1.0克，铝约为每立方厘米2.8克，钛约为每立方厘米4.5克，铁约为每立方厘米7.8克。

另一方面，CFRP 的重量约为每立方厘米 1.8 克。它大致分为通用塑料和铝。

因此，这些特性不仅被利用在航天开发和飞行器领域，而且还被利用在体育和交通设备中。

CFRP还具有高X射线透过率的特性，因此被用于X射线设备中，取代了以前使用的铝。