传统的工业设备中有相当大的一部分辊轴会采用金属材料,但是金属材质的辊筒存在着种种弊端,例如采用磷青铜制造的真空引纸辊、光泽辊等,由于铜制辊面硬度低,不耐磨、刚度较差,因此在生产和维修过程中,必须小心使用,以免碰撞造成其表面的损伤。有的设备随着幅宽的不断加大,金属辊体的挠度变形就会呈数倍增加,继而给设备的高速运转带来了困难。虽然理论上可以通过加大辊体直径来减少挠度,但由此带来的设备重量增加又会给零件的安装和使用带来更多障碍,同时也会产生设备成本和运转成本的提高等问题。

无纺布机用碳纤维辊
 
    除了这类情况外,金属类辊筒零件在使用过程中还普遍存在着转速快、负荷大的问题,这就对辊筒材料的强度、耐疲劳性、刚性、耐磨性和防腐蚀性都提出了很高的要求。
 
    碳纤维辊筒通常是采用碳纤维复合材料经由缠绕工艺制造而成,复合材料本质为各向异性更为明显的多相组成材料,这些材料通常体现为物理化学性能较为优越并且材料内部界面分布均匀的特征。碳纤维复合材料中的增强体碳纤维就表现为质量轻、强度高,密度较小的碳纤维复合材料能大幅度地降低辊筒的自重,从整体上有效减少工业设备的重量,有效减少由辊筒零件负荷过重及转速过快造成辊筒挠度加大引发的辊筒表面包胶层损坏和辊筒轴头断裂的情况。在降低辊筒零件损坏率的同时,对运营成本的降低作出贡献。

无纺布机用碳纤维辊
 
    碳纤维辊跟金属辊相比的优势:
 
    (1)自重轻:碳纤维材质的密度是1.6g/cm3,铝的密度是的2.7g/cm3,钢的密度是7.8g/cm3。即便体积较大,但是因为重量轻,所以便于搬运、安装及操作。
 
    (2)强度高:碳纤维复合材料的抗拉强度是4900MPa,铝是700-1200MPa左右,钢是780-1200MPa。高强度材质加上精密的卷绕型结构,使断面模量达到最优比例。
 
    (3)刚性好:碳纤维的管子相对金属管刚性好,碳纤维的弹性模量为240GPa,钢是110GPa,不仅结实耐用,能承受较重的载荷,而且相比而言更不易变形。
 
    (4)惯性小:不论是启动、降速还是停止的速度都很快,方便速度控制,在卷芯高速运转下还能有效减震,特适合高速运转的机械设备使用。
 
    (5)效率高:由于碳纤维的重量轻,所以辊子的阻力小,临界转速表现好,比钢辊提高一倍以上的转速可以使设备的转速提高50%左右,由此提高了整个生产线的生产速度,提高产量,降低成本和能耗。
 
    (6)蠕变小、性能稳定:碳纤维辊在-50℃—150℃之间均不变形,膨胀系数为0.2×10-6/℃,尺寸稳定。几乎不产生变形记忆,使用时间再长也不会变弯。
 
    (7)抗疲劳性好:碳纤维复合材料的耐疲劳强度高于高强度钢丝。因为金属材料在交变应力作用下,疲劳极限仅为静荷强度的30%~40%,由于纤维与基体复合可缓和裂纹扩展,以及存在纤维内力再分配的可能性,复合材料的疲劳极限较高,约为静荷强度的70%~80%,并在破坏前有变形的显著征兆,可有效降低损坏率和维修成本。
 
    (8)动平衡精度高:碳纤维辊体均匀度好,比传统辊件的动平衡要求更高。采用精密的动平衡仪校准,转速达1200rpm时,辊体跳动在0.03mm以内。