碳纖維復(fù)合材料用于彈簧制作

減重一直是工業(yè)領(lǐng)域中重要的一項(xiàng)研究題目。維也納科技大學(xué)嘗試使用碳纖維材料替代鋼質(zhì)材料制作彈簧。

　　彈簧的適用范圍無處不在，它的應(yīng)用在手表、汽車、測量工具以及宇宙飛船等領(lǐng)域都有著十分重要的作用。但有時(shí)會(huì)被人看作是一種繁瑣的科技。

　　維也納科技大學(xué)的RichardZemann表示，這種看法是錯(cuò)誤的。他們的研究小組找到了一種新的方式，即用碳纖維材料代替成形復(fù)雜的鋼制材料，這樣既減輕了重量也帶來了優(yōu)異的材料特性。

　　碳纖維非常的耐用。RichardZemann的研究小組在試驗(yàn)機(jī)構(gòu)中所使用的絲質(zhì)制造技術(shù)以及高功率激光技術(shù)可以使碳纖維達(dá)到幾微米的厚度的同時(shí)長度可以達(dá)到1千米長，再將這些細(xì)纖維捆綁獲得到極輕但卻極為堅(jiān)固的結(jié)構(gòu)。

　　而為了使碳纖維可以保持成型則需要將它嵌入基體之中，比如環(huán)氧樹脂。“在理想狀態(tài)下，樹脂本身是沒有強(qiáng)度和力量的，但當(dāng)它和碳纖維結(jié)合在一起，就提夠了必要的穩(wěn)定性。”Richard說到。

　　這些纖維材料的性質(zhì)在彈簧的制作過程中表現(xiàn)的十分明顯。它們的比重十分低，不到鋼的四分之一。然而，目前為止纖維復(fù)合材料的應(yīng)用仍然僅限于簡單的板簧，對(duì)于更為復(fù)雜的螺旋形彈簧仍然缺少生產(chǎn)中的相應(yīng)技術(shù)支持。不過維也納科技大學(xué)與其項(xiàng)目合作伙伴Tmej彈簧廠研發(fā)出了一項(xiàng)技術(shù)，可以生產(chǎn)出所有重要的彈簧形狀。至于他們具體的制造方式和過程，RichardZemann表示還不愿意進(jìn)一步透露。“首先是要生產(chǎn)出可以之后施力變形成螺旋形彈簧的粗絲。”Richard說到。

　　我們從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出：碳纖維螺旋彈簧的無損傷負(fù)載周期是100000次。“在到達(dá)試驗(yàn)次數(shù)后我們就停止了，但是彈簧絲毫沒有顯示出疲勞狀態(tài)，而且肯定還可以增加負(fù)荷強(qiáng)度。”

　　為了投入批量生產(chǎn)，制作過程中的一些細(xì)節(jié)還需要進(jìn)行改善和調(diào)整。樹脂和塑料組件方面還需要進(jìn)行研究，碳纖維可以應(yīng)對(duì)不斷重復(fù)的高強(qiáng)度負(fù)荷，但是周圍的組件還是偶爾會(huì)發(fā)生變形。維也納科技大學(xué)近就在對(duì)改善塑料組件部分進(jìn)行研究。

　　新研發(fā)的彈簧極耐腐蝕和化學(xué)品侵蝕，但其關(guān)鍵的一點(diǎn)還是減輕了重量。相同剛度對(duì)比下，質(zhì)量比傳統(tǒng)的鋼質(zhì)彈簧減少了百分之七十至百分之八十。尤其是在汽車行業(yè)之中，減重意味著較少油耗。而同樣也是航空航天領(lǐng)域關(guān)心的重要問題。

　　“我們的短期目標(biāo)是要將碳纖維復(fù)合彈簧帶入到更高層市場的領(lǐng)域當(dāng)中去，而之后將這一新科技使用到大批量生產(chǎn)則是我們的長期目標(biāo)。”

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