卷制碳纖維管是先設(shè)計(jì)好鋪層順序與角度，然后進(jìn)行疊加，再進(jìn)行卷繞的工藝方法。與纏繞工藝相比，卷管工藝制作出的碳纖維管樹脂含量穩(wěn)定性較好，可以有效解決固化過(guò)程中因溫度不均帶來(lái)的線段積分強(qiáng)度不一等問(wèn)題。預(yù)浸料的鋪層技術(shù)在卷制工藝中影響巨大，下文，我們無(wú)錫智上新材就根據(jù)自身多年的碳纖維制品研發(fā)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)碳纖維管卷制過(guò)程的鋪層技術(shù)進(jìn)行介紹。

碳纖維圓管

為什么要限制碳纖維預(yù)浸料的連續(xù)鋪層數(shù)？

       從生產(chǎn)者角度說(shuō)，連續(xù)鋪層可以節(jié)約時(shí)間成本，但是連續(xù)鋪層數(shù)過(guò)多，必然會(huì)帶來(lái)泊松效應(yīng)和微裂紋等負(fù)面問(wèn)題。材料在沿加載方向伸長(zhǎng)或縮短時(shí),垂直于加載方向的部分便會(huì)隨之發(fā)生縮短或伸長(zhǎng)現(xiàn)象，這就是泊松效應(yīng)。泊松效應(yīng)直接影響到制品的剛度和應(yīng)用效果。泊松效應(yīng)大的產(chǎn)品不適合應(yīng)用于高壓、高溫、高載荷的工作環(huán)境，因此，碳纖維卷管過(guò)程中要嚴(yán)控泊松效應(yīng)的產(chǎn)生。一般的碳纖維層壓板中同方向的鋪層數(shù)在8%-67%，我們無(wú)錫智上新材認(rèn)為卷制碳纖維管的鋪層必須更加嚴(yán)格，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求單獨(dú)設(shè)計(jì)。

碳纖維圓管

       除了泊松效應(yīng)外，連續(xù)鋪層過(guò)多還會(huì)導(dǎo)致同角度連續(xù)層與其他層之間的剪切與耦合力度增大，造成斷裂面呈現(xiàn)明顯的層狀，制品強(qiáng)度大幅度下降，使用壽命嚴(yán)重縮短，尤其是在潮濕、風(fēng)沙及高溫環(huán)境下，影響更為劇烈。

       限制同一鋪設(shè)角度的最大連續(xù)鋪層數(shù)可以有效減少微裂紋的形成，我們無(wú)錫智上新材建議連續(xù)同角度鋪層厚度不能大于1mm，同角度的最大連續(xù)鋪層數(shù)不能超過(guò)4層，單層厚度大于或等于0.3mm 的鋪層，同角度連續(xù)鋪層數(shù)不能超過(guò)3層。

不同角度的鋪層

為什么要重視鋪層角度設(shè)計(jì)？

       合理設(shè)計(jì)鋪層角度能有效提升碳纖維制品的整體性能，目前常用的鋪設(shè)角度為 0°、±45°、90°。如果鋪層角度設(shè)計(jì)不合理，會(huì)造成制品重量和成本的增加，碳纖維復(fù)合材料的性能優(yōu)勢(shì)也很難體現(xiàn)出來(lái)。

       鋪層角度設(shè)計(jì)必須要注意均衡性，均衡的鋪層角可以減少碳纖維復(fù)合材料部件在固化過(guò)程中產(chǎn)生殘余應(yīng)力，從而避免翹曲變形。我們無(wú)錫智上新材強(qiáng)調(diào)，采用卷管工藝制作碳纖維管時(shí)，因?yàn)闄M截面均一，所以必須保證鋪層在承載方向是均衡的，這在固化過(guò)程中尤為重要。不同的鋪層角度應(yīng)該在鋪層順序中均勻分布。為最小化層間剪切，在兩個(gè)相鄰層間應(yīng)最小化鋪層層間角度的偏差；為最小化耦合效應(yīng)，層與層鋪貼過(guò)程中盡量±45 °鋪放。

不同角度的鋪層

        另外，在鋪層過(guò)渡區(qū)，應(yīng)保持整體的對(duì)稱均衡性，將去除的分層位置交替地施加于接近或遠(yuǎn)離鋪層的中間線區(qū)域；同角度鋪層數(shù)與整體鋪層數(shù)同步增減；外部鋪層應(yīng)連續(xù)覆蓋整個(gè)表面，不能有斷層；盡量避免在外部去除鋪層，避免在同一點(diǎn)去除兩個(gè)或更多的相鄰層，盡可能地在連續(xù)鋪層之間交替去除鋪層；在實(shí)際應(yīng)用中，每?jī)蓚€(gè)斷層間至少應(yīng)有一個(gè)連續(xù)鋪層。

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