一文全面了解碳纤维棒的制造工艺、主要特点以及典型应用

无论是业余爱好者还是专业人士，都会发现碳纤维棒是各种结构的有用构件。由于碳纤维具有高刚性，碳纤维棒是刚性和轻便性在任何应用中的一个很好选择。因此，有时候碳纤维棒会用来代替钢棒，但它们更多用于代替铝。碳纤维棒的重量仅为具有相似或更好强度特性铝棒的1/3。

01

碳纤维棒的制造方法

碳纤维棒是通过加热成型模具将连续的碳纤维与环氧树脂混合拉制而成，这种工艺称为拉挤成型。拉挤与铝和热塑性塑料的挤压工艺相似。通过这一过程，可以制造具有恒定横截面的连续长度的碳纤维棒，其横截面保持恒定，并呈现出模具的形状。当碳纤维被拉过模具并被环氧树脂浸渍时，模具的热量使得树脂开始固化。

利用拉挤成型制造碳纤维棒的优势包括：

• 高轴向强度和刚度

• 直线和平行纤维对齐

• 严格控制的截面尺寸

• 光滑的表面

• 可实现无限长

挤压过程可生产出具有低热膨胀系数的直杆、刚性杆、轻质杆。与所有碳纤维产品一样，碳纤维棒具有很高的比刚度重量比。由于大多数碳纤维沿着杆的长度在0°轴上延伸，它们也具有优异的线性强度。挤压工艺也允许紧密的外径（OD）公差。

02

碳纤维棒的用途

碳纤维杆的高比刚度使其成为制造轻型框架结构的最佳选择。因此，它们经常出现在结构空间框架和桁架中。许多遥控爱好者发现碳纤维棒是制作模型的理想材料。

碳纤维棒是也一种优良的建筑工程材料和高性能结构，特别是当与碳纤维层合板结合使用时。一般来说，碳纤维棒在弯曲和轴向拉伸或压缩应用中表现特别出色。

碳纤维棒的纤维取向意味着它们在高扭矩或横向压碎载荷下不能很好地支撑。它们在这些载荷条件下会破碎，因此对于要求抗扭或侧向负载的应用来说，它们是糟糕的选择。

03

如何使用碳纤维棒？

碳纤维棒相对容易操作。与任何建筑项目一样，手头有合适的工具会使工作更加安全和简单。然而，有许多工具可以用来处理碳纤维棒。一个优质的细齿带锯子、压顶锯子、卷轴锯子、端铣刀或Dremel工具可快速将碳纤维棒切割成项目所需长度的工作。由于它们是在环氧树脂基体中拉挤而成，所以很容易用环氧树脂将它们粘合在一起。

由于碳纤维杆具有刚度大、重量轻、强度高等优点，在进行刚度和重量计算时，常被用于框架工程中。用于制造碳纤维棒的挤压工艺为精度至关重要的应用提供了明显的优势。拉挤成型工艺可以使碳纤维完美对齐，同时也提供了制造形状完美、外径公差小、可切割任意长度的光滑棒的能力。切割和粘合碳纤维棒所需的工具在大多数爱好者和勤杂工的车库里都很容易买到。

4.1、框架结构中的碳纤维棒

碳纤维棒具有很高的刚度重量比（比拉伸模量），是轻型车架结构的理想选择。框架和桁架通常使用碳纤维棒作为增强材料来加工。碳纤维组件不会生锈，并能抵抗多种溶剂和化学物质。这使其非常适合用于工业框架结构以及其他与化学物质接触的框架类型结构。

在弦乐器行业中，制琴师使用碳纤维杆作为桁架杆来加强其琴颈。这样可以固定或防止颈部扭曲或弯曲。碳纤维棒还用于加固尤克里里琴和大提琴等乐器中的弦轴。

4.2、远程控制系统中的碳纤维棒

远程控制（Remote Control， RC）爱好者尤其喜欢碳纤维棒用于其产品中，无论是遥控车、飞机、直升机、无人机还是其他东西，碳纤维的轻量化强度通常是项目运行与否的区别。以下是有一些典型应用实例：

• 加强整体RC项目

• 建立框架

• 创建尾梁

• 锚线就位

RC爱好者发现各种尺寸的碳纤维棒都有许多用途。无人机尤其受益于这种坚固、轻便的材料。碳纤维的使用可能意味着是否安全起飞降落，或是能否幸免于碰撞。碳纤维具有高的杨氏模量、低密度，因此是理想的材料。

4.3、工程和高性能结构中的碳纤维棒

与碳纤维层压板结合使用时，碳纤维棒是用于建筑工程结构的理想材料。它们在弯曲和拉伸或压缩载荷下表现特别出色。碳纤维强度和刚度的特性使其成为土木工程应用中特别有用的材料。碳纤维棒可用于增强和加固混凝土、钢材、木材和砖石。

建筑行业的工程师一直在尝试采用改良的材料来实现可持续性。这种典型应用是碳纤维增强聚合物（CFRP）钢筋。这种类型的碳纤维棒通常在混凝土结构中替代钢筋，例如：

• 停车库

• 桥梁

• 处于极端环境中的高速公路

• 易腐蚀的结构。

土木工程师越来越多地使用碳纤维有很多原因。这里有一些：

• 抗拉强度比钢高

• 对磁场无反应

• 电导率低

• 导热系数低

• 耐化学腐蚀

从业余爱好者到专业人士，从自行车到停车场，碳纤维棒在当今世界上有着不可思议的用途。具有重量轻、强度高、刚度高、耐腐蚀和无磁性等特点，从运动员到音乐家到工程师，每个人都在寻找使用碳纤维棒的方法。

原文始发于微信公众号（碳纤维及其复合材料技术）：【往期经典】一文全面了解碳纤维棒的制造工艺、主要特点以及典型应用