碳纖維可搬移式設備性能分析與比較

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碳纖維可搬移式設備性能分析與比較

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可搬移式箱體一般被用於儲運重要的電子設備和儀器設施，需要滿足易於運輸攜帶和應急機動部署的基本要求，與此同時，箱體的材質對振動、衝擊、沙塵、雨水、暴晒和黴菌等惡劣環境需要具備一定的防禦能力。理想的可搬移箱體應表現出集成度高、質量輕、耐溫差、耐腐蝕、耐跌摔、可堆疊、便於搬運等特點。

目前，國外的可搬移設備箱較多採用聚乙烯注塑成型或者聚丙烯材料，國內應用較多的是鋁合金或塑料材質，近來，無錫智上新材推出了碳纖維材質的設備箱體。作為可搬移式的箱體，到底哪一種材質才是質量小、防護性能又高的呢？下文就針對相同尺寸的鋁合金、碳纖維、尼龍PA11、ABC塑料和PP塑料材質箱體對其進行性能比較。

在標準大氣壓力環境下對這幾種不同材質的可移動箱體進行常規的性能測試，發現它們的力學性能都能滿足可搬移箱體的基本防護性要求，但是在低溫、衝擊和腐蝕環境下，不同材質的可移動箱體表現不同：

不同材質箱體在低溫環境下的表現：

低溫環境對各材質的特性有顯著影響，因為抗拉強度和抗彎強度隨溫度的降低而增大，衝擊韌度和伸長率隨溫度降低而減小，結果導致材料變硬、變脆，且韌度降低。

將相同尺寸的鋁合金、碳纖維、尼龍PA11、ABS塑料和PP塑料樣品置於試驗箱中，在不同溫度下分別測定各材質特性，用於分析低溫對各材質性能的影響。在低溫試驗結束時發現，鋁合金和碳纖維材質受溫度影響較小，而尼龍PA11在-45℃，ABS塑料在-25℃，PP塑料在-5℃時，先後都出現了脆化和易碎現象。

不同材質箱體在破壞試驗下的表現：

使用外形尺寸相同的鋁合金、碳纖維、尼龍PA11、ABS塑料和PP塑料材質樣品，使其經受加速度為150m/s2，脈衝寬度為11ms的衝擊試驗，3個軸向各進行3次，並按照相同高度進行跌落試驗。在經受衝擊振動試驗和跌落試驗後，碳纖維和PP塑料材質的箱體保持完好，在常規性能檢測中保持了原有的強度。而鋁合金材質的箱體發生了明顯形變，尼龍PA11和ABS塑料都出現了輕微裂紋，強度只有試驗前的50％。從力學試驗可以看出，碳纖維材質的抗振動、抗衝擊性能較好，其他材質只能通過增加厚度來提高自身的抗振動和抗衝擊能力。

不同材質箱體在腐蝕環境下的表現：

將鋁合金、碳纖維、尼龍PA11、ABS塑料和PP塑料材質的可移動箱體樣品分別置於積水、鹽霧和黴菌環境下。對各材質的耐水、鹽霧和黴菌性能進行對比發現，非金屬材質更容易經受複雜化學環境，抗黴菌性能高，吸水率低，在潮濕環境下尺寸變化小；鋁合金材質因為經過了電鍍和鈍化等防護處理，在鹽霧和黴菌環境下也能保持基本的性能。

許多設備需要在較為惡劣的環境下工作，有時設備箱體必須暴露於室外，強烈的紫外線照射、雨雪、塵暴、極大的溫差變化等都會直接影響到箱體的物理性能，有可能加速箱體材質的老化。通過長達一年的曝晒實驗發現，碳纖維和鋁合金材質外觀整體沒有明顯變化，但是尼龍PA11和ABS塑料材質的箱體卻出現了顯著的變化，不僅色澤改變，而且在韌度和剛度上也明顯受到了破壞性的傷害，遇到外力就比較容易損壞。

不同材質箱體的綜合性能比較：

從以上的實驗結果看，相比於鋁合金和碳纖維材質，尼龍PA11、ABS塑料和PP塑料這三種材質用於可移動箱體時缺陷還是比較明顯的。總的說來，進行可搬移箱體的材質選擇時，在保證防護性能的前提下，應優先選用強度高和質量輕的材質。

從加工工藝的角度說，鋁合金材質雖然容易加工，在電鍍和鈍化後對各種消極環境因素也有較強的抵禦能力，但是一旦箱體的尺寸和箱壁的厚度較大時，箱體的重量不可避免地就會增加很多，對於野外作業或者需要經常搬運的儀器設備來說，這是一大弱勢。

碳纖維複合材料可移動箱體的製作成本比鋁合金材質的要高不少，但是這種材質在各種惡劣環境下都能表現出良好的綜合性能，最關鍵的是它在減重方面的優勢，以無錫智上新材為客戶製作的一款航天設備用碳纖維箱體為例，其在滿足剛度和強度的要求下，同等尺寸和功能的碳纖維設備箱比鋁合金設備箱減重29％，整個減少了6KG，這對於對重量要求較高的航空航天搭載設備、野戰軍攜行式通訊設備、高端的車載信息系統以及搬移式高精密儀器設備來說意義重大。