什么是CFRP管？CFRP管的應用及原理

什么是CFRP管？

CFRP管是由碳纖維增強塑料（CFRP）制成的圓柱形管道。 CFRP 是纖維增強塑料的縮寫。該樹脂采用碳纖維增強，具有較高的比強度和非彈性模量。

因此，碳纖維增強塑料被用于航天開發和飛機部件。

其他增強塑料包括FRP（纖維增強塑料）和GFRP（玻璃纖維增強塑料），但其物理性能因碳纖維成分和含量的不同而異。

• 玻璃鋼

  FRP是在低模量的塑料中添加高模量的玻璃纖維來提高強度的復合材料。

• 玻璃鋼

  GFRP是一種由玻璃纖維制成的復合材料，使用乙烯基酯和環氧樹脂等樹脂硬化。它的售價比其他增強塑料要低。

碳纖維增強塑料管道的應用

CFRP管用于天線、柵欄、柱子、豎井、釣魚竿、假肢管等。

CFRP的熱膨脹系數較低，一般小于3ppm。

因此，它被用于天文望遠鏡和檢驗夾具架。

它還具有出色的減振性能，比剛度約為鋼的五倍。利用這一優勢的產品包括液晶面板搬運手和并聯連桿機器人。

此外，由于其熱導率高達2～300W·m/℃，因此也被用于人造衛星的電池盒。

此外，它還具有非磁性、耐腐蝕性和導電性，用于直線電機外殼、抗震加固材料、工業罐和靜電對策部件。

碳纖維布管道原理

CFRP管的生產方法主要有兩種：纖維纏繞（FW）和片材纏繞（SW）。

• 什么是固件？

  FW是將無捻粗紗（一束碳纖維）用液體樹脂浸漬并纏繞在旋轉的心軸（模具）上，固化后從模具中取出的方法。

• 什么是SW？

  SW是將預浸料（浸漬有樹脂的碳纖維片材）纏繞在心軸上，然后纏繞熱收縮帶，然后在烘箱中加熱固化的方法。

  CFRP一般不具備像FRP那樣的標準產品性能或功能。

  因此，CFRP材料沒有標準，而是根據設計和制造使用材料，利用碳纖維的性能和功能。

  因此，與金屬和塑料不同，CFRP在制造產品時需要材料設計。

  此外，CFRP主要用作使用鏡面對稱層壓的基本層壓方法。通過以這種方式層壓，固化后的冷卻過程中不會因熱而導致變形。

  CFRP管道以管道橫截面中心為基準，在高度和寬度方向上進行測量。

碳纖維增強塑料的類型

碳纖維增強塑料是碳纖維與樹脂模壓而成的制品，根據基體樹脂的不同可分為熱固性碳纖維增強塑料（CFRTS）和熱塑性碳纖維增強塑料（CFRTP）兩種。

• 熱固性CFRP

  熱固性CFRP是將浸有環氧樹脂的碳纖維片材（預浸料）加工成所需尺寸，經加熱固化，將碳纖維置于密閉模具中，澆注環氧樹脂而成。這種方法稱為RTM（樹脂傳遞模塑）。

• 熱塑性碳纖維增強塑料

  熱塑性CFRP以聚丙烯為基材，經預浸料加熱、軟化、壓制而成。注射成型也可能是一種替代方法。

  由于大規模生產需要快速成型，因此正在開發熱固性 CFRP 和熱塑性 CFRP 的技術。

  此外，除了上述材料之外，還正在考慮多種類型的CFRP基材。

  例如，熱塑性樹脂包括丙烯酸樹脂(PMMA)、尼龍6(PA6)、聚酰胺(PA66)、聚碳酸酯(PC)、聚苯硫醚( PPS )、聚醚醚酮(PEEK)等。為此使用環氧樹脂(EP) 。

碳纖維布的特點

CFRP 具有許多特性。例如，它具有優異的耐化學性、耐疲勞性、耐磨性和耐熱性，以及高比模量和比強度。而且CFRP是一種非常輕的材料。

比較幾種材料，通用塑料的比重約為每立方厘米1.0克，鋁約為每立方厘米2.8克，鈦約為每立方厘米4.5克，鐵約為每立方厘米7.8克。

另一方面，CFRP 的重量約為每立方厘米 1.8 克。它大致分為通用塑料和鋁。

因此，這些特性不僅被利用在航天開發和飛行器領域，而且還被利用在體育和交通設備中。

CFRP還具有高X射線透過率的特性，因此被用于X射線設備中，取代了以前使用的鋁。