Süsinikkiud vs alumiinium

Süsinikkiud asendab alumiiniumi üha erinevates rakendustes ja on seda teinud viimased paar aastakümmet. Need kiud on tuntud oma erakordse tugevuse ja jäikuse poolest ning on ka äärmiselt kerged. Komposiitmaterjalide loomiseks on süsinikkiust kiud ühendatud erinevate vaigudega. Need komposiitmaterjalid kasutavad ära nii kiudude kui ka vaigu omadusi. Selles artiklis võrreldakse süsinikkiudude omadusi võrreldes alumiiniumiga ning iga materjali mõningaid plusse ja miinuseid.

Mõõdetud süsinikkiud vs alumiinium

Allpool on toodud kahe materjali võrdlemiseks kasutatud erinevate omaduste määratlused:

Elastsusmoodul = materjali "jäikus". Materjali pinge ja pinge suhe. Pinge ja pinge kõvera kalle materjali jaoks selle elastses piirkonnas.

Lõplik tõmbetugevus = maksimaalne pinge, mida materjal enne purunemist talub.

Tihedus = materjali mass ruumalaühiku kohta.

Spetsiifiline jäikus = elastsusmoodul jagatud materjali tihedusega. Kasutatakse erineva tihedusega materjalide võrdlemiseks.

Spetsiifiline tõmbetugevus = Tõmbetugevus jagatud materjali tihedusega.

Seda teavet silmas pidades võrreldakse järgmises tabelis süsinikkiudu ja alumiiniumi.

Märkus. Neid numbreid võivad mõjutada paljud tegurid. Need on üldistused; mitte absoluutsed mõõtmised. Näiteks on saadaval erinevad süsinikkiust materjalid, millel on suurem jäikus või tugevus, sageli kompromiss teiste omaduste vähendamise osas.

Mõõtmine Süsinikkiud Alumiinium Süsinik / alumiinium
Võrdlus
Elastsusmoodul (E) GPa 70 68,9 100%
Tõmbetugevus (σ) MPa 1035 450 230%
Tihedus (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
Spetsiifiline jäikus (E / ρ) 43.8 25.6 171%
Spetsiifiline tõmbetugevus (σ / ρ) 647 166 389%

See diagramm näitab, et süsinikkiudude eritõmbetugevus on umbes 3,8 korda suurem kui alumiiniumil ja erjäikus 1,71 korda suurem kui alumiiniumil.

Süsinikkiu ja alumiiniumi termiliste omaduste võrdlemine

Veel kaks omadust, mis näitavad süsinikkiudude ja alumiiniumi erinevusi, on soojuspaisumine ja soojusjuhtivus.

Soojuspaisumine kirjeldab, kuidas materjali mõõtmed muutuvad temperatuuride muutumisel.

Mõõtmine Süsinikkiud Alumiinium Alumiinium / süsinik
Võrdlus
Soojuspaisumine 2 in / in / ° F 13 in / in / ° F 6.5

Alumiiniumil on süsinikkiust soojuspaisumine ligikaudu kuus korda.

Plussid ja miinused

Täiustatud materjalide ja süsteemide kujundamisel peavad insenerid kindlaks määrama, millised materjali omadused on konkreetsete rakenduste jaoks kõige olulisemad. Kui loeb suur tugevus kuni kaal või kõrge jäikus, on süsinikkiud ilmselge valik. Konstruktsioonide osas peaksid disainerid vaatama, et parem ehitusmaterjal oleks süsinikkiud, kui lisatud kaal võib lühendada elutsükleid või põhjustada halba jõudlust. Kui sitkus on hädavajalik, on süsinikkiud vajalike omaduste saamiseks hõlpsasti teiste materjalidega ühendatud.

Süsinikkiu madalad soojuspaisumisomadused on oluline eelis toodete täpsust ja mõõtmete stabiilsust nõudvate toodete loomisel tingimustes, kus temperatuur kõigub: optilised seadmed, 3D-skannerid, teleskoobid jne.

Süsinikkiu kasutamisel on ka mõned puudused. Süsinikkiud ei anna järele. Koormuse korral süsinikkiud paindub, kuid ei vasta püsivalt uuele kujule (elastne). Kui süsinikkiust materjali lõplik tõmbetugevus on ületatud, ebaõnnestub süsinikkiud ootamatult. Insenerid peavad sellest käitumisest aru saama ja lisama toodete kujundamisel ohutustegureid. Süsinikkiust osad on ka alumiiniumist oluliselt kallimad, kuna süsinikkiud on kõrge ning selle oskus ja kogemused on kvaliteetsete komposiitdetailide loomisel suured.


Postituse aeg: juuni-24-2021