Koolstofvesel versus aluminium

Koolstofvesel vervang aluminium in 'n toenemende verskeidenheid toepassings en doen dit al die afgelope paar dekades. Hierdie vesels is bekend vir hul uitsonderlike sterkte en styfheid en is ook uiters liggewig. Koolstofvesel-stringe word gekombineer met verskillende harse om saamgestelde materiale te skep. Hierdie saamgestelde materiale maak gebruik van die eienskappe van beide vesel en hars. Hierdie artikel bied 'n vergelyking van die eienskappe van koolstofvesel teenoor aluminium, asook 'n paar voor- en nadele van elke materiaal.

Koolstofvesel versus aluminium gemeet

Hieronder is die definisies van die verskillende eienskappe wat gebruik word om die twee materiale te vergelyk:

Modulus van elastisiteit = Die "styfheid" van 'n materiaal. Die verhouding van spanning tot spanning vir 'n materiaal. Die helling van die spanning teen die spanningskurwe vir 'n materiaal in sy elastiese streek.

Uiteindelike treksterkte = die maksimum spanning wat 'n materiaal kan weerstaan ​​voordat dit breek.

Digtheid = massa van die materiaal per volume-eenheid.

Spesifieke styfheid = elastisiteitsmodulus gedeel deur die digtheid van die materiaal. Word gebruik om materiale met verskillende digthede te vergelyk.

Spesifieke treksterkte = Treksterkte gedeel deur die digtheid van die materiaal.

Met hierdie inligting in gedagte, vergelyk die volgende tabel koolstofvesel en aluminium.

Opmerking: Baie faktore kan hierdie getalle beïnvloed. Dit is veralgemenings; nie absolute metings nie. Daar is byvoorbeeld verskillende koolstofveselmateriaal beskikbaar met 'n hoër styfheid of sterkte, dikwels met 'n afweging om ander eiendomme te verminder.

Meting Koolstofvesel Aluminium Koolstof / aluminium
Vergelyking
Modulus van elastisiteit (E) GPa 70 68.9 100%
Treksterkte (σ) MPa 1035 450 230%
Digtheid (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
Spesifieke styfheid (E / ρ) 43.8 25.6 171%
Spesifieke treksterkte (σ / ρ) 647 166 389%

Hierdie grafiek toon dat koolstofvesel 'n spesifieke treksterkte van ongeveer 3,8 keer die van aluminium en 'n spesifieke styfheid van 1,71 keer die van aluminium het.

Vergelyk termiese eienskappe van koolstofvesel en aluminium

Nog twee eienskappe wat die verskille tussen koolstofvesel en aluminium toon, is termiese uitbreiding en termiese geleidingsvermoë.

Termiese uitbreiding beskryf hoe die afmetings van 'n materiaal verander wanneer die temperatuur verander.

Meting Koolstofvesel Aluminium Aluminium / koolstof
Vergelyking
Termiese uitsetting 2 in / in / ° F 13 in / in / ° F 6.5

Aluminium het ongeveer ses keer die termiese uitbreiding van koolstofvesel.

Voordele en nadele

By die ontwerp van gevorderde materiale en stelsels moet ingenieurs bepaal watter materiaaleienskappe die belangrikste is vir spesifieke toepassings. As daar 'n hoë sterkte tot gewig of hoë styfheid tot gewig is, is koolstofvesel die voor die hand liggende keuse. Wat die strukturele ontwerp betref, moet ontwerpers, as toegevoegde gewig lewensiklusse verkort of tot swak werkverrigting lei, kyk na koolstofvesel as die beste boumateriaal. Wanneer taaiheid noodsaaklik is, kan koolstofvesel maklik met ander materiale gekombineer word om die nodige eienskappe te verkry.

Die lae termiese uitbreidingseienskappe van koolstofvesel is 'n belangrike voordeel as ons produkte skep wat 'n hoë mate van akkuraatheid benodig, en dimensionele stabiliteit in toestande waar die temperatuur wissel: optiese toestelle, 3D-skandeerders, teleskope, ens.

Daar is ook 'n paar nadele aan die gebruik van koolstofvesel. Koolstofvesel lewer nie op nie. Onder belasting sal koolstofvesel buig, maar sal nie permanent aanpas by die nuwe vorm nie (elasties). Sodra die uiteindelike treksterkte van die koolstofveselmateriaal oorskry word, misluk koolstofvesel skielik. Ingenieurs moet hierdie gedrag verstaan ​​en veiligheidsfaktore insluit om dit in ag te neem by die ontwerp van produkte. Onderdele van koolstofvesel is ook aansienlik duurder as aluminium vanweë die hoë koste om koolstofvesel te vervaardig en die groot vaardigheid en ervaring in die vervaardiging van saamgestelde onderdele van hoë gehalte.


Plaas tyd: Jun-24-2021