碳纖維在機械設備和建筑物上的應用(已修改)
2025-07-06 05:57 本頁面
【正文】 碳纖維在機械設備和建筑物上的應用摘要 碳纖維在航空、航天、體育器材領域的應用已有專門報道，本文主要介紹碳纖維在機械設備和建筑物上以及其它領域的應用。關鍵詞：碳纖維性能 碳纖維復合材料用途1. 利用碳纖維復合材料輕質、高強、高剛性的用途（1）纖維、紙、薄膜機械、機器人 在纖維產業(yè)，隨著織布機和編織機的高性能化，在用以往的材料不能滿足性能時，開始使用CFRP產品。由于織布機的無梭化，轉數(shù)提高，織物的幅面變寬，顯著提高了生產效率。在噴水孔室，轉數(shù)為1700rpm， 杼寬達2m。為了抑制長大杼的變形，在綜片框上采用了輕質、高剛性的CFRP。織布機纏線器的卷芯通常是鋼管，插入紙管后，加氣壓則產生小突起，成為固定紙管的結構，重量大。把它換成CFRP管，當然輕，插到紙管上，使在織布機上安裝的作業(yè)和從卷好的織物中取下的作業(yè)變得輕松。把CFRP應用到這種使人力作業(yè)變輕松的方面，其前途是無限的，尤以作為解決操作者老齡化的措施而引人注目。下面介紹編織機的應用例子。訪問西德的卡爾、邁耶爾公司時，得到這樣的信息，即編織機的轉數(shù)達到5000rpm時，金屬的桿就不能追隨往復運動，因此使用了CFRP制品。桿是直徑為2~3cm，長度為60~80cm的厚壁管，這是利用CFRP比彈性模量高的好例子。印刷用的高速輪轉機、制紙機、薄膜成膜機器的輥子，若撓度變大，則會改變制品寬度方向的張力，這關系到產品質量的穩(wěn)定。 機械寬度達10m時，為了提高產品質量，輥子撓度變小是很重要的。在該用途上，希望采用高彈型瀝青基CFRP。表1是長度8m的鋼與CFRP的薄膜成膜機輥子性能比較?？倱隙认嗤瑫r，瀝青基CFRP輥子直徑小，且重量僅是鋼輥的 1/13。優(yōu)點是因為輕，在機械運轉停止后對開始的追隨性也好，而且換輥的作業(yè)也很輕松。CFRP輥的危險系數(shù)是2,100rpm,鋼輥是1,200rpm，由于高速化可提高生產效率，而在價格方面是同等的，所以長大的瀝青基碳纖維輥子是大有前途的。因表 1的CFRP輥比鋼輥直徑細，壁薄，所以加載荷時的撓度大，但如果它與鋼輥同粗同厚時，則剛度凌駕于鋼輥之上，需要這種剛性的領域，是超高彈型瀝青基碳纖維的世界。* 原日本東麗公司表1瀝青基CFRP輥與鋼輥性能比較輥的材質長度mm外徑mm內徑mm質量Kg自重撓度mm載荷撓度mm總撓度mmCFRP8,000340316140鋼8,0004804501060CFRP三菱化學公司制品K13710MP 載荷撓度是長度方向負載為3KN時的撓度盡管謀求產業(yè)用機器人的大型化、高速化和高精度化，但是固定柱、可動柱、臂、尖端手等機械化部位一旦大型化，就會變重，結果與高速化、高精度化不相容。解決的辦法是在液晶玻璃板的搬送工作臂和工作手以及紙加工機器人部件上使用輕質、高彈、固有振動數(shù)高、線膨脹系數(shù)低的CFRP，而且，高彈型瀝青基CFRP也可提供解決問題的辦法。（2）在建筑物上的應用十年以前，在通產省基礎產業(yè)局設立了新材料大規(guī)模結構體座談會，不僅對新材料作為功能材料的使用情況進行了調查，而且進行了作為結構材料開發(fā)的調查研究。這時，東京都發(fā)表了臨海副都心開發(fā)事業(yè)計劃，在青海、有明、臺場設立了東京遠距離港、東京國際會議停車場等國際情報交流處，以便瞄準未來型城市建設。在座談會上，以東京都的計劃為參考，提出了著眼于纖維復合材料輕質、高強的宏偉建筑物的設想。研究的結果以“城市建設和新材料”為題，于1989年9月出版，取自其中提供如下：高層建筑(高度1,000ｍ，總面積800公頃，50～60層)，人工臺地懸浮體，地板材，防風網狀物。散步路(寬6ｍ，長2,000ｍ)和空中庭院(25,000m2)的結構材料。人工島(直徑30km)的護岸壁混凝土增強材料，波浪緩沖材料，直升飛機場
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