碳纤维复合材料在纺织机械中的应用

碳纤维是一种新型非金属材料，是由和钻石同等材质在1000℃以上高温碳制成的。具有高比强、高比模、耐疲劳、抗蠕变、耐高温、耐腐蚀、耐磨损、尺寸稳定、导电、导热、热膨胀系数小、自润滑和吸能抗震等一系列优异性能。碳纤维的另一重要特性就是比重小。比重一般在1.6左右，是铝的二分之一，钢的五分之一。尽管碳纤维质量轻，但它强度高，有很高的“比强度”，它的比强度是钢的5倍，刚性非常好。鉴于以上碳纤维的诸多优异特性，碳纤维应用的范围越来越广。从50年代主要应用在火箭、宇航及航空等尖端科学，到80年代被广泛应用于体育器械、纺织、化工机械及医学领域。

我国的纺织机械发展主要存在两个问题：一是纺机装备运转速度较低，二是设备平均能耗较高。为了进一步降低能耗、提高生产效率，纺织机械设备开始逐步在零部件中应用碳纤维材料。碳纤维质量轻，比强度却很大，是中高端机械设备轻量化的理想材料。以下我们就针对目前纺织机械中碳纤维应用的几种形式做一简单介绍。

碳纤维不是用以加工成机织物或针织物等在纺织方面的应用，而一直用以纺机配件增强合成材料。碳纤维复合材料，正日益不断地取代传统材料，诸如铸铁、钢和铝等，因此在纺机使用碳纤维复合材料在许多方面大大优越于传统材料。

梭子和箭杆：梭子和箭杆是碳纤维复合材料在纺织机械中应用较早的形式。木制的投梭棒每根重达1.2kg，而碳纤维杆的重量仅有0.1kg；木梭的频率约为120-130次/分，碳纤维复合材料杆的频率至少能提高一倍；木梭的使用寿命仅有6个月，而碳纤维复合材料杆的使用寿命长达6-8年。

碳纤维综片框和缠线器卷芯：后来，随着织布机的无梭化，转数提高，织物的幅面变宽，生产效率显著提高。在喷水孔室，转数为1700rpm，杼宽达2m，为了抑制长大杼的变形，在综片框上采用了轻质、高刚性的碳纤维复合材料。织布机缠线器的卷芯通常是钢管，插入纸管后，加气压则产生小突起，成为固定纸管的结构，但是缺陷是重量大。用碳纤维复合材料管替代后，重量减轻很多，插到直管上，无论是织布机的安装作业还是从卷好的织物中取下的人力作业都轻松很多。

碳纤维增强尼龙齿轮：传统的纺机设备用齿轮主要是纯尼龙齿轮，由于强度低、抗疲劳性差、使用周期短，维护费用高，但是采用碳纤维增强尼龙制作的传动齿轮导电性强，防静电效果好，不仅具有一般铸铁件的导电性能，还能有效防止静电的产生，降低火灾等事故的发生几率；强度大、韧性好，抗拉强度接近于屈服强度，对冲击、应力震动有较强的能量吸收能力；耐磨、自润滑效果好，减少油污，耐疲劳性好，使用寿命可以提高一倍；重量轻、噪声小，噪声比铸铁齿轮低30％，能耗降低20％，耐腐蚀，能抵御汽油、油脂、酒精、弱碱等的侵蚀。

碳纤维辊轴：使用碳纤维复合材料制作出的辊轴比传统的钢制辊重量减轻了70％-80％，在运转过程中跳动小、噪音低、强度高、直线度好，同时因为自重的大幅度降低，大大提高了辊轴的临界转速，减少了启动所用的时间，运转速度提升了30％，在提高工作效率的同时，能耗却能减少30％。从长期应用的角度看，碳纤维复合材料的刚性大，抗疲劳性能更好，所以采用碳纤维复合材料制作的辊轴不易形变，使用寿命更长，在一定程度上节约了设备维修费用。

经编机槽针床：现有纺织用经编机的针床结构类型一般有两种：一种针床为整体金属件，此类型针床受温度变化的影响时针距会产生变化，当针距变化不一致时会出现擦针现象，影响编织时工作质量；另一种结构的针床，其针床由碳纤维复合材料制成，槽针床基体由碳纤维预浸料进行叠层，因槽针床的重量较轻，有利于提高经编机的编织速度和降低能耗；编织时针床不会受机器运转温度升高的影响而产生膨胀导致擦针，有利于提高经编机的编织速度。碳纤维复合材料槽针床目前主要依靠进口，国内是拉挤工艺成型产品，性能无法满足经编机要求。