碳纖維在機(jī)械設(shè)備和建筑物上的應(yīng)用(已修改)
2025-07-06 05:57 本頁面
【正文】 碳纖維在機(jī)械設(shè)備和建筑物上的應(yīng)用摘要 碳纖維在航空、航天、體育器材領(lǐng)域的應(yīng)用已有專門報(bào)道，本文主要介紹碳纖維在機(jī)械設(shè)備和建筑物上以及其它領(lǐng)域的應(yīng)用。關(guān)鍵詞：碳纖維性能 碳纖維復(fù)合材料用途1.利用碳纖維復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)、高剛性的用途（1）纖維、紙、薄膜機(jī)械、機(jī)器人在纖維產(chǎn)業(yè)，隨著織布機(jī)和編織機(jī)的高性能化，在用以往的材料不能滿足性能時(shí)，開始使用CFRP產(chǎn)品。由于織布機(jī)的無梭化，轉(zhuǎn)數(shù)提高，織物的幅面變寬，顯著提高了生產(chǎn)效率。在噴水孔室，轉(zhuǎn)數(shù)為1700rpm， 杼寬達(dá)2m。為了抑制長(zhǎng)大杼的變形，在綜片框上采用了輕質(zhì)、高剛性的CFRP?？棽紮C(jī)纏線器的卷芯通常是鋼管，插入紙管后，加氣壓則產(chǎn)生小突起，成為固定紙管的結(jié)構(gòu)，重量大。把它換成CFRP管，當(dāng)然輕，插到紙管上，使在織布機(jī)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(yīng)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(jī)的應(yīng)用例子。訪問西德的卡爾、邁耶爾公司時(shí)，得到這樣的信息，即編織機(jī)的轉(zhuǎn)數(shù)達(dá)到5000rpm時(shí)，金屬的桿就不能追隨往復(fù)運(yùn)動(dòng)，因此使用了CFRP制品。桿是直徑為2~3cm，長(zhǎng)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(zhuǎn)機(jī)、制紙機(jī)、薄膜成膜機(jī)器的輥?zhàn)?，若撓度變大，則會(huì)改變制品寬度方向的張力，這關(guān)系到產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。 機(jī)械寬度達(dá)10m時(shí)，為了提高產(chǎn)品質(zhì)量，輥?zhàn)訐隙茸冃∈呛苤匾?。在該用途上，希望采用高彈型瀝青基CFRP。表1是長(zhǎng)度8m的鋼與CFRP的薄膜成膜機(jī)輥?zhàn)有阅鼙容^?？倱隙认嗤瑫r(shí)，瀝青基CFRP輥?zhàn)又睆叫。抑亓績(jī)H是鋼輥的1/13。優(yōu)點(diǎn)是因?yàn)檩p，在機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)停止后對(duì)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(xiǎn)系數(shù)是2,100rpm,鋼輥是1,200rpm，由于高速化可提高生產(chǎn)效率，而在價(jià)格方面是同等的，所以長(zhǎng)大的瀝青基碳纖維輥?zhàn)邮谴笥星巴镜摹Ｒ虮?1的CFRP輥比鋼輥直徑細(xì)，壁薄，所以加載荷時(shí)的撓度大，但如果它與鋼輥同粗同厚時(shí)，則剛度凌駕于鋼輥之上，需要這種剛性的領(lǐng)域，是超高彈型瀝青基碳纖維的世界。*原日本東麗公司1輥的材質(zhì)長(zhǎng)度mm外徑mm內(nèi)徑mm質(zhì)量Kg自重?fù)隙萴m載荷撓度mm總撓度mmCFRP8,000340316140鋼8,0004804501060表1瀝青基CFRP輥與鋼輥性能比較CFRP三菱化學(xué)公司制品K13710MP 載荷撓度是長(zhǎng)度方向負(fù)載為3KN時(shí)的撓度盡管謀求產(chǎn)業(yè)用機(jī)器人的大型化、高速化和高精度化，但是固定柱、可動(dòng)柱、臂、尖端手等機(jī)械化部位一旦大型化，就會(huì)變重，結(jié)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(jī)器人部件上使用輕質(zhì)、高彈、固有振動(dòng)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(yīng)用十年以前，在通產(chǎn)省基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)局設(shè)立了新材料大規(guī)模結(jié)構(gòu)體座談會(huì)，不僅對(duì)新材料作為功能材料的使用情況進(jìn)行了調(diào)查，而且進(jìn)行了作為結(jié)構(gòu)材料開發(fā)的調(diào)查研究。這時(shí)，東京都發(fā)表了臨海副都心開發(fā)事業(yè)計(jì)劃，在青海、有明、臺(tái)場(chǎng)設(shè)立了東京遠(yuǎn)距離港、東京國(guó)際會(huì)議停車場(chǎng)等國(guó)際情報(bào)交流處，以便瞄準(zhǔn)未來型城市建設(shè)。在座談會(huì)上，以東京都的計(jì)劃為參考，提出了著眼于纖維復(fù)合材料輕質(zhì)、高強(qiáng)的宏偉建筑物的設(shè)想。研究的結(jié)果以“城市建設(shè)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(tái)地懸浮體，地板材，防風(fēng)網(wǎng)狀物。散步路(寬6ｍ，長(zhǎng)2,000ｍ)和空中庭院(25,000m2)的結(jié)構(gòu)材料。人工島(直徑30km)的護(hù)岸壁混凝土增強(qiáng)材料，波浪緩沖材料，直升飛機(jī)場(chǎng)海中浮游隧道(久野浜—金谷間1
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