Szénszál vs alumínium

A szénszál egyre többféle alkalmazásban helyettesíti az alumíniumot, és ezt az elmúlt évtizedekben is megtette. Ezek a szálak rendkívüli szilárdságukról és merevségükről ismertek, és rendkívül könnyűek is. A szénszálas szálakat különféle gyantákkal kombinálva kompozit anyagokat hoznak létre. Ezek az összetett anyagok mind a rost, mind a gyanta tulajdonságait kihasználják. Ez a cikk összehasonlítja a szénszál és az alumínium tulajdonságait, az egyes anyagok egyes előnyeivel és hátrányaival együtt.

Szénszál vs alumínium mért

Az alábbiakban bemutatjuk a két anyag összehasonlításához használt különféle tulajdonságokat:

Rugalmassági modulus = Az anyag „merevsége”. Az anyag feszültségének és alakváltozásának aránya. A feszültség-alakváltozás görbe meredeksége egy anyagnak a rugalmas tartományában.

Végső szakítószilárdság = a maximális igénybevétel, amelyet egy anyag el tud viselni a törés előtt.

Sűrűség = az anyag tömege térfogategységre vonatkoztatva.

Fajlagos merevség = A rugalmassági modul elosztva az anyag sűrűségével. Különböző sűrűségű anyagok összehasonlítására szolgál.

Fajlagos szakítószilárdság = Szakítószilárdság elosztva az anyag sűrűségével.

Ezt az információt szem előtt tartva a következő ábra összehasonlítja a szénszálat és az alumíniumot.

Megjegyzés: Számos tényező befolyásolhatja ezeket a számokat. Ezek általánosítások; nem abszolút mérések. Például különböző szénszálas anyagok állnak rendelkezésre nagyobb merevséggel vagy szilárdsággal, gyakran kompromisszummal csökkentve az egyéb tulajdonságokat.

Ez a diagram azt mutatja, hogy a szénszál fajlagos szakítószilárdsága körülbelül 3,8-szorosa az alumíniumnak, és a fajlagos merevsége 1,71-szerese az alumíniumnak.

A szénszál és az alumínium termikus tulajdonságainak összehasonlítása

Két további tulajdonság, amely megmutatja a szénszál és az alumínium közötti különbségeket, a hőtágulás és a hővezető képesség.

A hőtágulás leírja, hogy az anyag méretei hogyan változnak, amikor a hőmérséklet változik.

Az alumíniumnak körülbelül hatszorosa a szénszál hőtágulása.

Érvek és ellenérvek

A fejlett anyagok és rendszerek tervezésénél a mérnököknek meg kell határozniuk, hogy mely anyagok tulajdonságai a legfontosabbak a konkrét alkalmazásokhoz. Ha a nagy szilárdság vagy súly vagy a merevség számít, akkor a szénszál a nyilvánvaló választás. A szerkezeti kialakítás szempontjából, amikor a hozzáadott súly lerövidítheti az életciklusokat, vagy gyenge teljesítményhez vezethet, a tervezőknek a szénszálra kell gondolniuk, mint jobb építőanyagra. Amikor a szívósság elengedhetetlen, a szénszálat könnyen kombinálhatjuk más anyagokkal a szükséges tulajdonságok elérése érdekében.

A szénszál alacsony hőtágulási tulajdonságai jelentős előnyt jelentenek olyan termékek létrehozásakor, amelyek nagyfokú pontosságot és méretstabilitást igényelnek a hőmérséklet ingadozása esetén: optikai eszközök, 3D-s szkennerek, teleszkópok stb.

A szénszál használatának van néhány hátránya is. A szénszál nem hoz. Terhelés alatt a szénszál hajlik, de nem fog véglegesen megfelelni az új alaknak (rugalmas). A szénszálas anyag szakítószilárdságának túllépése után a szénszál hirtelen meghibásodik. A mérnököknek meg kell érteniük ezt a viselkedést, és figyelembe kell venniük a biztonsági tényezőket, hogy ezt figyelembe vegyék a termékek tervezésénél. A szénszálas alkatrészek szintén lényegesen drágábbak, mint az alumínium, mivel a szénszálak előállítási költségei magasak, valamint a kiváló minőségű kompozit alkatrészek készítéséhez szükséges nagy szakértelem és tapasztalat miatt.