Serat Karbon vs Aluminium

Serat karbon menggantikan aluminium dalam berbagai aplikasi yang meningkat dan telah melakukannya selama beberapa dekade terakhir. Serat ini dikenal karena kekuatan dan kekakuannya yang luar biasa dan juga sangat ringan. Untaian serat karbon dikombinasikan dengan berbagai resin untuk membuat bahan komposit. Bahan komposit ini memanfaatkan sifat serat dan resin. Artikel ini memberikan perbandingan sifat serat karbon versus aluminium, bersama dengan beberapa pro dan kontra dari masing-masing bahan.

Serat Karbon vs Aluminium Diukur

Di bawah ini adalah definisi dari sifat yang berbeda yang digunakan untuk membandingkan dua bahan:

Modulus elastisitas = “Kekakuan” suatu bahan. Rasio tegangan terhadap regangan untuk suatu bahan. Kemiringan kurva tegangan vs regangan untuk material di daerah elastisnya.

Kekuatan tarik ultimat = tegangan maksimum yang dapat ditahan material sebelum putus.

Massa jenis = massa bahan per satuan volume.

Kekakuan spesifik = Modulus elastisitas dibagi dengan kepadatan material. Digunakan untuk membandingkan bahan dengan kepadatan yang berbeda.

Kuat tarik spesifik = Kuat tarik dibagi densitas bahan.

Dengan mengingat informasi ini, bagan berikut membandingkan serat karbon dan aluminium.

Catatan: Banyak faktor yang dapat mempengaruhi angka-angka ini. Ini adalah generalisasi; bukan pengukuran mutlak. Misalnya, bahan serat karbon yang berbeda tersedia dengan kekakuan atau kekuatan yang lebih tinggi, seringkali dengan pengurangan sifat lainnya.

Pengukuran Fiber Karbon Aluminium Karbon/Aluminium
Perbandingan
Modulus elastisitas (E) GPa 70 68.9 100%
Kekuatan tarik (σ) MPa 1035 450 230%
Massa jenis (ρ) g/cm3 1.6 2.7 59%
Kekakuan spesifik (E/ρ) 43.8 25.6 171%
Kekuatan tarik spesifik (σ / ) 647 166 389%

Bagan ini menunjukkan bahwa serat karbon memiliki kekuatan tarik spesifik sekitar 3,8 kali lipat aluminium dan kekakuan spesifik 1,71 kali aluminium.

Membandingkan sifat termal serat karbon dan aluminium

Dua sifat lagi yang menunjukkan perbedaan antara serat karbon dan aluminium adalah ekspansi termal dan konduktivitas termal.

Ekspansi termal menjelaskan bagaimana dimensi material berubah ketika suhu berubah.

Pengukuran Fiber Karbon Aluminium Aluminium/Karbon
Perbandingan
Ekspansi termal 2 inci/dalam/°F 13 inci/dalam/°F 6.5

Aluminium memiliki sekitar enam kali ekspansi termal serat karbon.

Pro dan kontra

Saat merancang material dan sistem canggih, insinyur harus menentukan sifat material mana yang paling penting untuk aplikasi tertentu. Ketika kekuatan-terhadap-berat atau kekakuan-terhadap-berat penting, serat karbon adalah pilihan yang jelas. Dalam hal desain struktural, ketika bobot tambahan dapat memperpendek siklus hidup atau menyebabkan kinerja yang buruk, desainer harus melihat serat karbon sebagai bahan bangunan yang lebih baik. Ketika ketangguhan sangat penting, serat karbon mudah dikombinasikan dengan bahan lain untuk mendapatkan karakteristik yang diperlukan.

Sifat ekspansi termal rendah serat karbon merupakan keuntungan signifikan saat membuat produk yang memerlukan tingkat presisi tinggi, dan stabilitas dimensi dalam kondisi di mana suhu berfluktuasi: perangkat optik, pemindai 3D, teleskop, dll.

Ada juga beberapa kelemahan menggunakan serat karbon. Serat karbon tidak menghasilkan. Di bawah beban, serat karbon akan menekuk tetapi tidak secara permanen menyesuaikan diri dengan bentuk baru (elastis). Setelah kekuatan tarik akhir dari bahan serat karbon terlampaui, serat karbon tiba-tiba gagal. Insinyur harus memahami perilaku ini dan memasukkan faktor keamanan untuk diperhitungkan saat merancang produk. Suku cadang serat karbon juga jauh lebih mahal daripada aluminium karena biaya tinggi untuk memproduksi serat karbon dan keterampilan serta pengalaman hebat yang terlibat dalam pembuatan suku cadang komposit berkualitas tinggi.


Waktu posting: 24 Juni-2021