除了優(yōu)于鋼材的強度和大比例的減重效果外，
碳纖維管棒的表面質(zhì)量和制作精度也是影響其應(yīng)用效果的重要因素。碳纖維圓管、方管最常用的制造方法是纖維纏繞法和模壓-熱壓罐工藝，但運用這些工藝最突出的缺陷就是制造出的管材表面質(zhì)量不夠好，采用預(yù)浸料鋪層袋壓工藝制作的異型管也存在著同樣的表面缺陷問題。
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表面質(zhì)量不僅影響到管材外觀的光潔度，也影響到管材的幾何尺寸以及機械裝備能力，因此，提高管材質(zhì)量和制造精度是碳纖維管材制造中的一大難點。
在多年的碳纖管生產(chǎn)中積累出的實際操作經(jīng)驗，總結(jié)出幾個應(yīng)對該類問題的解決方法。
產(chǎn)生缺陷的原因：
碳纖維管件成品的表面缺陷主要有皺折、條紋及富膠等問題，追溯這些問題的產(chǎn)生主要集中在預(yù)浸料鋪層這一環(huán)節(jié)，在使用碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料鋪層時，如果不能施加足夠的張力壓緊預(yù)浸料疊層塊，就會使得鋪就的復(fù)合材料預(yù)浸料層間相對較松散，整體厚度也會超出目標管材制品的厚度。
因而，在成型工藝時，一般的處理方式是加壓以壓緊各層復(fù)合材料并使多余的樹脂流出，但是這種加壓必將帶來兩種收縮力。首先，碳纖維復(fù)合材料疊層塊在被壓緊時，管材的厚度就會隨之變薄，外徑變小，周長也相應(yīng)減少，沿環(huán)向的纖維必然松弛，其中的碳纖維被壓產(chǎn)生彎曲、打折；
其次，在碳纖管成型過程中往往會需要在預(yù)浸料疊層塊毛坯上使用一些輔助材料，如透氣氈和真空袋等，這些輔助材料在壓縮時也會引起皺折和條紋，固化時將壓印在復(fù)合材料表面上，最終形成皺折。
預(yù)壓實與溫度控制相結(jié)合：
根據(jù)經(jīng)驗總結(jié)，要解決碳纖維管材表面缺陷的重要一步就是在碳纖維預(yù)浸料鋪放過程中，將預(yù)壓實和合適的溫度控制結(jié)合起來。
具體的操作要領(lǐng)是在鋪料過程中，每鋪放完幾層，就在一定溫度下進行與預(yù)壓實，施加一定的壓力以壓緊各層纖維，這種及時的預(yù)壓實可以防止纖維松弛的層層積累，在一定的壓力和溫度等工藝條件下，排除預(yù)浸料毛坯中多余的樹脂、空氣泡和低沸點物質(zhì)，使毛坯致密并基本上達到預(yù)定的厚度。
經(jīng)過預(yù)壓實的毛坯在固化工序中不需再進行吸膠，碳纖維復(fù)合材料中的樹脂含量和管材的厚度都能得到有效的控制。
選用適合的模具材料：
碳纖維復(fù)合材料管材對內(nèi)徑尺寸精度控制不嚴，但對外徑要求較高，模具的選擇對外徑尺寸有較大影響。對于纖維纏繞工藝或者卷制工藝來說，因為纖維纏繞時受到壓緊力，要求其集合形狀基本保持不變，因而在芯模原材料的選擇上，最好選擇具有良好剛性的金屬材料，如鋼和硬鋁，鋼的密度和硬度都比硬鋁大，但鋼的熱膨脹系數(shù)不及硬鋁。
而高性能碳管制品是在高溫下進行固化的，如果采用硬鋁芯模，可通過硬鋁熱膨脹產(chǎn)生的固化內(nèi)壓，提高碳管的密度和力學性能。所以在高性能碳管的纏繞工藝中，芯模宜選用硬鋁。為有效提高管材成型的質(zhì)量，選擇芯模的原則是用線膨脹系數(shù)較大的彈性材料做成型模，以線膨脹系數(shù)小的鋼材作為輔助模，成型時通過彈性材料傳遞壓力，施加壓力，實驗證明這種方法效果理想。
利用熱縮套管的均壓力：
除了上述方法外，還可以利用熱縮工藝提升碳纖維管材的表面質(zhì)量及制造精度。在高溫固化時，熱縮材料能有效地傳遞熱壓罐的壓力，并均勻地消除真空袋及透氣氈的皺折對碳纖維復(fù)合材料的影響。
例如采用熱縮套管的熱縮特性對復(fù)合材料進行均壓，在對碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料進行加熱時，樹脂軟化，熱縮管在達到一定的收縮溫度后將發(fā)生收縮變形，在口徑均勻縮小過程中壓實了復(fù)合材料疊層塊。經(jīng)過熱縮工藝的碳纖維復(fù)合材料管經(jīng)封裝后再進行固化工藝，固化成型后脫模并剝離熱縮管。
具體選擇什么樣的熱縮材料，需要根據(jù)材料的收縮溫度、收縮率和耐溫性等幾個參數(shù)進行綜合考慮。強調(diào)，在熱縮工藝的使用中應(yīng)做好以下兩個問題的防范：一是熱縮時熱縮管的破裂；二是收縮會引起表面層纖維的錯位。所以一定要控制好溫度，加熱必須要均勻，盡量使收縮進程變得緩慢，減少縮變的劇烈性。
積極使用多種工藝方法，不斷改進工藝流程的在碳纖維管材制造方面已取得了領(lǐng)先于同行的技術(shù)成就，方管、圓管、異型管等多種不同口徑、厚度、長度的碳纖維管材成品外觀光滑、管壁厚薄均勻，口徑尺寸統(tǒng)一，成品跳動可控制在0.03以下、動平衡500轉(zhuǎn)2g以內(nèi)，高精度的標準完全符合高端類裝備的特殊需求。
從應(yīng)用市場看，碳纖維管材的消耗量將持續(xù)增加，高爾夫球桿、釣魚竿是碳管在體育休閑領(lǐng)域中占比最多的應(yīng)用對象，大型衛(wèi)星天線的支撐桿、空間的桁架結(jié)構(gòu)、地球同步軌道衛(wèi)星上的小發(fā)動機支架等也是碳纖管在航天科技領(lǐng)域中的典型代表。
近來，無人機的機臂、機翼骨架等機體部位也越來越多地使用到碳纖維復(fù)合材料管材，隨著碳纖維管材輕量化的效果逐漸凸顯，廣泛應(yīng)用于印刷、造紙、塑料、薄膜、紡織、鋰電池極片卷繞機等行業(yè)的輥軸類也開始逐步用其取代傳統(tǒng)金屬類管材。
在此背景下，高強度低重量的碳纖管如果能在表面質(zhì)量和制造精度上得到進一步提升，無疑是為其進軍更高端和更廣闊的市場掃清了一大障礙。
