【行业动态】碳纤维机械臂可否替代传统金属材料机械臂？

来源：中国复合材料学会

目前，机械手臂在工业制造、医学治疗、娱乐服务、军事、半导体制造以及太空探索等领域得到广泛应用。传统的机械臂多是采用金属材质，例如铝合金、钢。此外，一些自动检测装置、管路、冷却装置等也都会安装在机械臂上，由于机械臂是一个典型的悬臂梁结构，自身的质量会严重影响金属机械手臂的定位精度和运行效率。

碳纤维是一种强度高、重量轻的高性能纤维，其比重比铝还轻，不到钢的1/4，比强度是铁的20倍。抗拉强度在钢的7-9倍以上，耐酸碱腐蚀，且不易变形，能够长期适应恶劣环境。利用碳纤维复合材料制成的机械手臂能够很好地弥补金属手臂存在的缺陷。

对工业机器人来说，提高负载与自重比是新材料所要肩负的主要任务。承载能力、自重、刚性、运动惯性、位置精度等等是工业机器人对材料选择的几个重要指标，这几项要求看起来是相互矛盾的，因为刚性好、载重大往往就意味着结构粗大、导向杆多，这必然会增加手臂的自重。

机械臂不仅要承受自身重量，还需要承担抓取工件的最大重量，这就需要机械臂在承受载荷时不能出现应变和断裂的情况。从抗拉强度方面来看，碳纤维复合材料的抗拉强度为2000MPa，铝合金的抗拉强度约为800MPa；在韧性方面，铝合金的韧性比较低缺乏弹性，碳纤维由于具备纺织纤维的柔软可加工性，所以韧性要远远高于铝合金，并且碳纤维材质也更不容易发生断裂。

机械手从启动到制动的运动速度对其工作的平稳性有直接影响，手臂的自重越轻，运动的惯性越小，运转起来就越轻快平稳，较终的位置精度也就越高。例如江苏博实研发生产的某款碳纤维机械臂，总长1500mm，宽150mm，壁厚5mm，整只机械臂的总重量只有5kg而已，这种轻量化效果对工业机器人的操作精度具有明显的改善。

随着碳纤维的生产和制造技术的不断发展，在国内工业机器人制造中，碳纤维在机械臂上的应用也越来越普及。除了一些在航空领域的大型碳纤维机械臂，生活中的一些中小型机械臂上也开始出现碳纤维材质。

文章来源：博实碳纤维

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