Koltrefjar vs ál

Koltrefjar skipta um ál í vaxandi fjölbreytni forrita og hafa gert það síðustu áratugi. Þessar trefjar eru þekktar fyrir sérstakan styrk og stífni og eru einnig afar léttar. Þráðir úr koltrefjum eru sameinuðir með ýmsum plastefnum til að búa til samsett efni. Þessi samsettu efni nýta sér eiginleika bæði trefja og plastefni. Þessi grein veitir samanburð á eiginleikum koltrefja á móti ál, ásamt nokkrum kostum og göllum hvers efnis.

Koltrefjar vs ál mældar

Hér að neðan eru skilgreiningar á mismunandi eiginleikum sem notaðir eru til að bera saman tvö efni:

Teygjanleiki = Stífleiki efnis. Hlutfall álags og álags fyrir efni. Halli álags vs álagsferils fyrir efni í teygjanlegu svæði þess.

Fullkominn togstyrkur = hámarks álag sem efni þolir áður en það brotnar.

Þéttleiki = massi efnisins á rúmmálseiningu.

Sérstök stífni = teygjanleiki deilt með þéttleika efnisins. Notað til að bera saman efni og ólíkan þéttleika.

Sérstakur togstyrkur = Togstyrkur deilt með þéttleika efnisins.

Með þessar upplýsingar í huga, er eftirfarandi mynd borin saman koltrefjar og ál.

Athugið: Margir þættir geta haft áhrif á þessar tölur. Þetta eru alhæfingar; ekki algildar mælingar. Til dæmis eru mismunandi kolefnistrefjaefni fáanleg með meiri stífni eða styrk, oft með milligöngu um að draga úr öðrum eiginleikum.

Mæling Koltrefjar Ál Kolefni / Ál
Samanburður
Sveigjanleiki (E) GPa 70 68.9 100%
Togstyrkur (σ) MPa 1035 450 230%
Þéttleiki (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
Sérstakur stífni (E / ρ) 43.8 25.6 171%
Sérstakur togstyrkur (σ / ρ) 647 166 389%

Þetta mynd sýnir að koltrefjar hafa sérstakan togstyrk sem er u.þ.b. 3,8 sinnum meiri en ál og sérstakur stífleiki er 1,71 sinnum meiri en ál.

Samanburður á hitauppstreymi eiginleika koltrefja og áls

Tveir eiginleikar í viðbót sem sýna muninn á koltrefjum og áli eru hitauppstreymi og hitaleiðni.

Hitauppstreymi lýsir því hvernig mál efnis breytast þegar hitastig breytist.

Mæling Koltrefjar Ál Ál / kolefni
Samanburður
Hitastækkun 2 í / í / ° F 13 í / í / ° F 6.5

Ál hefur um það bil sexfalt hitauppstreymi koltrefja.

Kostir og gallar

Við hönnun háþróaðra efna og kerfa verða verkfræðingar að ákvarða hvaða efniseiginleikar eru mikilvægastir fyrir sérstök forrit. Þegar hár styrkur í þyngd eða hár stífni í þyngd skiptir máli eru koltrefjar augljós kostur. Hvað varðar uppbyggingu hönnunar, þegar aukinn þyngd gæti stytt líftíma eða leitt til lélegrar frammistöðu, ættu hönnuðir að líta á koltrefjar sem betra byggingarefni. Þegar seigja er nauðsynleg er auðveldlega sameinað koltrefjum við önnur efni til að fá nauðsynleg einkenni.

Lítil hitauppstreymiseiginleikar koltrefja eru verulegur kostur þegar búið er til vörur sem krefjast mikillar nákvæmni og víddar stöðugleika við aðstæður þar sem hitastigið sveiflast: ljósbúnaður, þrívíddarskannar, sjónaukar o.fl.

Það eru líka nokkrir ókostir við notkun koltrefja. Koltrefjar skila ekki. Við álag sveigja koltrefjar en verða ekki að nýju í nýju löguninni (teygjanlegt). Þegar fullkominn togstyrkur koltrefjaefnisins er meiri en koltrefjar mistekst skyndilega. Verkfræðingar verða að skilja þessa hegðun og taka með öryggisþætti til að gera grein fyrir því þegar þeir hanna vörur. Koltrefjahlutar eru einnig verulega dýrari en ál vegna mikils kostnaðar við framleiðslu koltrefja og mikillar kunnáttu og reynslu sem fylgir því að búa til hágæða samsetta hluti.


Póstur: Jún-24-2021