Вугляроднае валакно супраць алюмінія

Вугляроднае валакно замяняе алюміній у самых розных сферах прымянення і робіць гэта на працягу апошніх некалькіх дзесяцігоддзяў. Гэтыя валакна вядомыя сваёй выключнай трываласцю і калянасцю, а таксама надзвычай лёгкія. Вугляродныя валакна ў спалучэнні з рознымі смоламі ствараюць кампазітныя матэрыялы. Гэтыя кампазітныя матэрыялы карыстаюцца ўласцівасцямі як валакна, так і смалы. У гэтым артыкуле прыводзіцца параўнанне ўласцівасцей вугляроднага валакна і алюмінія, а таксама некаторыя плюсы і мінусы кожнага матэрыялу.

Вымяраецца вугляроднае валакно супраць алюмінія

Ніжэй прыведзены азначэнні розных уласцівасцей, якія выкарыстоўваюцца для параўнання двух матэрыялаў:

Модуль пругкасці = "калянасць" матэрыялу. Суадносіны напружання і дэфармацыі матэрыялу. Нахіл крывой напружання супраць дэфармацыі матэрыялу ў яго пругкай вобласці.

Гранічная трываласць пры расцяжэнні = максімальнае напружанне, якое вытрымлівае матэрыял перад разбурэннем.

Шчыльнасць = маса матэрыялу на адзінку аб'ёму.

Удзельная калянасць = модуль пругкасці, падзелены на шчыльнасць матэрыялу. Выкарыстоўваецца для параўнання матэрыялаў з рознай шчыльнасцю.

Удзельная трываласць на разрыў = Мяжа трываласці на разрыў, падзеленая на шчыльнасць матэрыялу.

З улікам гэтай інфармацыі наступная дыяграма параўноўвае вугляроднае валакно і алюміній.

Заўвага: На гэтыя лічбы можа паўплываць мноства фактараў. Гэта абагульненні; не абсалютныя вымярэнні. Напрыклад, даступныя розныя вугляродныя валакна з больш высокай калянасцю і трываласцю, часта з кампрамісам пры зніжэнні іншых уласцівасцей.

Вымярэнне Вугляроднае валакно Алюміній Вуглярод / алюміній
Параўнанне
Модуль пругкасці (Е) ГПа 70 68,9 100%
Мяжа трываласці на разрыў (σ) МПа 1035 450 230%
Шчыльнасць (ρ) г / см3 1.6 2.7 59%
Удзельная калянасць (E / ρ) 43,8 25.6 171%
Удзельная трываласць на разрыў (σ / ρ) 647 166 389%

Гэтая дыяграма паказвае, што вугляроднае валакно мае ўдзельную трываласць на разрыў прыблізна ў 3,8 раза, чым алюміній, і ўдзельную калянасць у 1,71 раза, чым у алюмінія.

Параўноўваючы цеплавыя ўласцівасці вугляроднага валакна і алюмінія

Яшчэ дзве ўласцівасці, якія паказваюць адрозненні паміж вугляродным валакном і алюмініем, - цеплавое пашырэнне і цеплаправоднасць.

Цеплавое пашырэнне апісвае, як змяняюцца памеры матэрыялу пры змене тэмпературы.

Вымярэнне Вугляроднае валакно Алюміній Алюміній / вуглярод
Параўнанне
Цеплавое пашырэнне 2 цалі / цалі / ° F 13 цаляў / цаляў / ° F 6.5

Алюміній прыблізна ў шэсць разоў перавышае цеплавое пашырэнне вугляроднага валакна.

Плюсы і мінусы

Пры распрацоўцы сучасных матэрыялаў і сістэм інжынеры павінны вызначыць, якія ўласцівасці матэрыялу з'яўляюцца найбольш важнымі для канкрэтнага прымянення. Калі важная высокая трываласць да масы альбо высокая калянасць да вагі, відавочным выбарам з'яўляецца вугляроднае валакно. З пункту гледжання канструкцыі канструкцыі, калі дадатковы вага можа скараціць жыццёвы цыкл альбо прывесці да дрэнных эксплуатацыйных характарыстык, дызайнеры павінны разглядаць вугляроднае валакно як лепшы будаўнічы матэрыял. Калі трываласць важная, вугляроднае валакно лёгка спалучаецца з іншымі матэрыяламі для атрымання неабходных характарыстык.

Нізкія ўласцівасці цеплавога пашырэння вугляроднага валакна з'яўляюцца істотнай перавагай пры стварэнні вырабаў, якія патрабуюць высокай ступені дакладнасці і стабільнасці памераў ва ўмовах, калі тэмпература вагаецца: аптычныя прыборы, 3D-сканеры, тэлескопы і г.д.

Ёсць таксама некалькі недахопаў выкарыстання вугляроднага валакна. Вугляроднае валакно не дае. Пад нагрузкай вугляроднае валакно будзе згінацца, але не будзе пастаянна адпавядаць новай форме (эластычная). Пасля перавышэння гранічнай трываласці матэрыялу з вугляроднага валакна вугляроднае валакно раптоўна выходзіць з ладу. Інжынеры павінны разумець такія паводзіны і ўлічваць фактары бяспекі, каб улічваць іх пры распрацоўцы прадукцыі. Дэталі з вугляроднага валакна таксама значна даражэйшыя за алюмініевыя з-за высокіх выдаткаў на вытворчасць вугляроднага валакна і вялікага майстэрства і вопыту стварэння высакаякасных кампазітных дэталяў.


Час публікацыі: чэрвень-24-2021