فیبر کربن در مقابل آلومینیوم

فیبر کربن در انواع مختلفی از کاربردها جایگزین آلومینیوم شده است و در چند دهه گذشته این کار را انجام داده است. این الیاف به دلیل مقاومت و استحکام استثنایی خود شناخته شده و بسیار سبک نیز هستند. رشته های الیاف کربن با رزین های مختلف ترکیب شده و مواد کامپوزیتی ایجاد می کنند. این مواد کامپوزیتی هم از خواص فیبر و هم رزین بهره می برند. در این مقاله مقایسه ای از خواص فیبر کربن در برابر آلومینیوم ، به همراه برخی از موافقان و مخالفان هر ماده ارائه شده است.

فیبر کربن در مقابل آلومینیوم اندازه گیری شده

در زیر تعریف خصوصیات مختلف مورد استفاده برای مقایسه این دو ماده آورده شده است:

مدول الاستیسیته = "سختی" یک ماده. نسبت تنش به فشار برای یک ماده. شیب منحنی تنش و فشار برای ماده ای در ناحیه الاستیک آن.

مقاومت کششی نهایی = حداکثر تنشی که یک ماده می تواند قبل از شکستن تحمل کند.

تراکم = جرم ماده در واحد حجم.

سختی خاص = مدول الاستیسیته تقسیم بر تراکم ماده. برای مقایسه موادی با تراکم غیر مشابه استفاده می شود.

مقاومت کششی خاص = مقاومت کششی تقسیم بر تراکم ماده.

با در نظر گرفتن این اطلاعات ، نمودار زیر فیبر کربن و آلومینیوم را مقایسه می کند.

توجه: عوامل بسیاری می توانند بر روی این اعداد تأثیر بگذارند. اینها تعمیم است؛ اندازه گیری مطلق نیست به عنوان مثال ، مواد مختلف فیبر کربن با سختی یا مقاومت بالاتر ، اغلب با معامله در کاهش سایر خواص ، در دسترس هستند.

اندازه گیری فیبر کربن آلومینیوم کربن / آلومینیوم
مقایسه
مدول الاستیسیته (E) GPa 70 68.9 100٪
مقاومت در برابر کشش (σ) MPa 1035 450 230٪
تراکم (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59٪
سختی خاص (E / ρ) 43.8 25.6 171٪
مقاومت کششی خاص (σ / ρ) 647 166 389٪

این نمودار نشان می دهد که استحکام کششی فیبر کربن تقریباً 3.8 برابر آلومینیوم و سختی خاص 71/1 برابر آلومینیوم است.

مقایسه خصوصیات حرارتی فیبر کربن و آلومینیوم

دو ویژگی دیگر که تفاوت بین فیبر کربن و آلومینیوم را نشان می دهد ، انبساط حرارتی و هدایت حرارتی است.

انبساط حرارتی نحوه تغییر ابعاد ماده در هنگام تغییر دما را توصیف می کند.

اندازه گیری فیبر کربن آلومینیوم آلومینیوم / کربن
مقایسه
انبساط حرارتی 2 در / در / درجه فارنهایت 13 در / در / درجه فارنهایت 6.5

آلومینیوم تقریباً شش برابر انبساط حرارتی فیبر کربن دارد.

مزایا و معایب

هنگام طراحی مواد و سیستم های پیشرفته ، مهندسان باید تعیین کنند که کدام ویژگی مواد برای کاربردهای خاص بیشتر است. وقتی مقاومت به وزن بالا یا سختی به وزن بالا مهم است ، الیاف کربن یک انتخاب آشکار است. از نظر طراحی سازه ای ، وقتی وزن اضافه شده می تواند چرخه های زندگی را کوتاه کند یا منجر به عملکرد ضعیف شود ، طراحان باید به عنوان فیبر کربن به عنوان مصالح ساختمانی بهتر نگاه کنند. وقتی سختی لازم است ، فیبر کربن به راحتی با مواد دیگر ترکیب می شود تا مشخصات لازم را بدست آورد.

ویژگیهای انبساط حرارتی کم فیبر کربن هنگام ایجاد محصولاتی که به درجه دقت بالایی نیاز دارند و پایداری ابعادی در شرایط نوسان دما مزیت قابل توجهی است: دستگاه های نوری ، اسکنرهای سه بعدی ، تلسکوپ ها و غیره

همچنین استفاده از فیبر کربن چند معایب نیز دارد. فیبر کربن بازدهی ندارد. زیر بار ، الیاف کربن خم می شود اما برای همیشه با شکل جدید مطابقت ندارد (الاستیک). هنگامی که از مقاومت کششی نهایی ماده فیبر کربن بیش از حد شود ، فیبر کربن ناگهان از بین می رود. مهندسان باید این رفتار را درک کنند و فاکتورهای ایمنی را در نظر بگیرند تا در هنگام طراحی محصولات ، آن را حساب کنند. قطعات فیبر کربن نیز به دلیل هزینه زیاد تولید فیبر کربن و مهارت و تجربه زیادی که در ایجاد قطعات کامپوزیت با کیفیت بالا وجود دارد ، به طور قابل توجهی گران تر از آلومینیوم هستند.


زمان ارسال: 24 تا 2021 ژوئن