탄소 섬유 대 알루미늄

탄소 섬유는 점점 더 다양한 응용 분야에서 알루미늄을 대체하고 있으며 지난 수십 년 동안 그렇게 해왔습니다. 이 섬유는 뛰어난 강도와 강성으로 유명하며 매우 가볍습니다. 탄소 섬유 가닥은 다양한 수지와 결합하여 복합 재료를 만듭니다. 이러한 복합 재료는 섬유와 수지의 특성을 모두 활용합니다. 이 기사에서는 각 재료의 장단점과 함께 탄소 섬유와 알루미늄의 특성을 비교합니다.

탄소 섬유 대 알루미늄 측정

다음은 두 재료를 비교하는 데 사용되는 다양한 속성의 정의입니다.

탄성 계수 = 재료의 "강성". 재료에 대한 응력 대 변형률의 비율입니다. 탄성 영역의 재료에 대한 응력 대 변형 곡선의 기울기.

극한 인장 강도 = 재료가 파손되기 전에 견딜 수 있는 최대 응력.

밀도 = 단위 부피당 재료의 질량.

특정 강성 = 탄성 계수를 재료 밀도로 나눈 값. 밀도가 다른 재료를 비교하는 데 사용됩니다.

비 인장 강도 = 인장 강도를 재료의 밀도로 나눈 값.

이 정보를 염두에 두고 다음 차트는 탄소 섬유와 알루미늄을 비교합니다.

참고: 많은 요인이 이 수치에 영향을 줄 수 있습니다. 이것은 일반화입니다. 절대 측정이 아닙니다. 예를 들어, 다른 탄소 섬유 재료는 더 높은 강성 또는 강도로 사용 가능하며 종종 다른 특성이 감소합니다.

측정 탄소 섬유 알류미늄 탄소/알루미늄
비교
탄성 계수(E) GPa 70 68.9 100%
인장강도(σ) MPa 1035 450 230%
밀도(ρ) g/cm3 1.6 2.7 59%
비강성(E/ρ) 43.8 25.6 171%
비인장강도(σ/ρ) 647 166 389%

이 차트는 탄소 섬유의 비 인장 강도가 알루미늄의 약 3.8배이고 비강성이 알루미늄의 1.71배임을 보여줍니다.

탄소 섬유와 알루미늄의 열적 특성 비교

탄소 섬유와 알루미늄의 차이점을 보여주는 두 가지 특성은 열팽창과 열전도율입니다.

열팽창은 온도가 변할 때 재료의 치수가 어떻게 변하는지 설명합니다.

측정 탄소 섬유 알류미늄 알루미늄/카본
비교
열 팽창 2인치/인치/°F 13인치/인치/°F 6.5

알루미늄은 탄소 섬유의 약 6배의 열팽창을 가지고 있습니다.

장점과 단점

고급 재료 및 시스템을 설계할 때 엔지니어는 특정 응용 분야에 가장 중요한 재료 속성을 결정해야 합니다. 높은 중량 대비 강도 또는 높은 중량 대비 강성이 중요한 경우 탄소 섬유가 확실한 선택입니다. 구조 설계 측면에서 추가된 중량으로 인해 수명 주기가 단축되거나 성능이 저하될 수 있는 경우 설계자는 탄소 섬유를 더 나은 건축 자재로 고려해야 합니다. 인성이 필수적인 경우 탄소 섬유는 필요한 특성을 얻기 위해 다른 재료와 쉽게 결합됩니다.

탄소 섬유의 낮은 열팽창 특성은 광학 장치, 3D 스캐너, 망원경 등 온도가 변동하는 조건에서 높은 수준의 정밀도와 치수 안정성이 필요한 제품을 만들 때 상당한 이점입니다.

탄소 섬유를 사용하는 데에는 몇 가지 단점도 있습니다. 탄소 섬유는 항복하지 않습니다. 하중이 가해지면 탄소 섬유가 구부러지지만 영구적으로 새로운 모양(탄성)에 맞지 않습니다. 탄소 섬유 재료의 극한 인장 강도를 초과하면 탄소 섬유가 갑자기 고장납니다. 엔지니어는 이 동작을 이해하고 제품을 설계할 때 이를 설명할 안전 요소를 포함해야 합니다. 탄소 섬유 부품은 탄소 섬유를 생산하는 데 드는 높은 비용과 고품질 복합 부품을 만드는 데 관련된 뛰어난 기술과 경험 때문에 알루미늄보다 훨씬 비쌉니다.


게시 시간: 2021년 6월 24일