除了優(yōu)于鋼材的強(qiáng)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(yùn)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。
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(jī)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(diǎn)。

在多年的碳纖管生產(chǎn)中積累出的實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出幾個(gè)應(yīng)對(duì)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(shí)，如果不能施加足夠的張力壓緊預(yù)浸料疊層塊，就會(huì)使得鋪就的復(fù)合材料預(yù)浸料層間相對(duì)較松散，整體厚度也會(huì)超出目標(biāo)管材制品的厚度。

因而，在成型工藝時(shí)，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(shí)，管材的厚度就會(huì)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(huì)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(shí)也會(huì)引起皺折和條紋，固化時(shí)將壓印在復(fù)合材料表面上，最終形成皺折。

預(yù)壓實(shí)與溫度控制相結(jié)合：

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(shí)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(jìn)行與預(yù)壓實(shí)，施加一定的壓力以壓緊各層纖維，這種及時(shí)的預(yù)壓實(shí)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(diǎn)物質(zhì)，使毛坯致密并基本上達(dá)到預(yù)定的厚度。

經(jīng)過預(yù)壓實(shí)的毛坯在固化工序中不需再進(jìn)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(duì)內(nèi)徑尺寸精度控制不嚴(yán)，但對(duì)外徑要求較高，模具的選擇對(duì)外徑尺寸有較大影響。對(duì)于纖維纏繞工藝或者卷制工藝來說，因?yàn)槔w維纏繞時(shí)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(jìn)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(xué)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(shí)通過彈性材料傳遞壓力，施加壓力，實(shí)驗(yàn)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(shí)，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(duì)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(duì)復(fù)合材料進(jìn)行均壓，在對(duì)碳纖維復(fù)合材料預(yù)浸料進(jìn)行加熱時(shí)，樹脂軟化，熱縮管在達(dá)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(shí)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(jìn)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(gè)參數(shù)進(jìn)行綜合考慮。強(qiáng)調(diào)，在熱縮工藝的使用中應(yīng)做好以下兩個(gè)問題的防范：一是熱縮時(shí)熱縮管的破裂；二是收縮會(huì)引起表面層纖維的錯(cuò)位。所以一定要控制好溫度，加熱必須要均勻，盡量使收縮進(jìn)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(jìn)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(dòng)可控制在0.03以下、動(dòng)平衡500轉(zhuǎn)2g以內(nèi)，高精度的標(biāo)準(zhǔn)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(duì)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(dòng)機(jī)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(jī)的機(jī)臂、機(jī)翼骨架等機(jī)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(jī)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(qiáng)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(jìn)一步提升，無疑是為其進(jìn)軍更高端和更廣闊的市場掃清了一大障礙。