Serat Karbon vs Aluminium

Serat karbon menggantikan aluminium dalam berbagai aplikasi yang semakin meningkat dan telah melakukannya selama beberapa dekad terakhir. Gentian ini terkenal dengan kekuatan dan kekakuannya yang luar biasa dan juga sangat ringan. Jalur serat karbon digabungkan dengan pelbagai resin untuk membuat bahan komposit. Bahan komposit ini memanfaatkan sifat gentian dan resin. Artikel ini memberikan perbandingan sifat serat karbon berbanding aluminium, bersama dengan beberapa kebaikan dan keburukan setiap bahan.

Carbon Fiber vs Aluminium Diukur

Berikut adalah definisi sifat berbeza yang digunakan untuk membandingkan dua bahan:

Modulus keanjalan = "Kekakuan" bahan. Nisbah tekanan ke tekanan untuk bahan. Kemerosotan keluk tegangan vs regangan untuk bahan di kawasan elastiknya.

Kekuatan tegangan utama = tekanan maksimum yang dapat ditahan oleh bahan sebelum pecah.

Ketumpatan = jisim bahan per unit isi padu.

Kekakuan spesifik = Modulus keanjalan dibahagi dengan ketumpatan bahan. Digunakan untuk membandingkan bahan dengan ketumpatan yang berbeza.

Kekuatan tegangan khusus = Kekuatan tegangan dibahagi dengan ketumpatan bahan.

Dengan mempertimbangkan maklumat ini, carta berikut membandingkan serat karbon dan aluminium.

Catatan: Banyak faktor boleh mempengaruhi nombor ini. Ini adalah generalisasi; bukan ukuran mutlak. Sebagai contoh, bahan serat karbon yang berbeza boleh didapati dengan kekukuhan atau kekuatan yang lebih tinggi, selalunya dengan pengurangan pengurangan sifat lain.

Pengukuran Serat Karbon Aluminium Karbon / Aluminium
Perbandingan
Modulus keanjalan (E) GPa 70 68.9 100%
Kekuatan tegangan (σ) MPa 1035 450 230%
Ketumpatan (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
Kekakuan tertentu (E / ρ) 43.8 25.6 171%
Kekuatan tegangan tertentu (σ / ρ) 647 166 389%

Carta ini menunjukkan bahawa serat karbon mempunyai kekuatan tegangan tertentu kira-kira 3.8 kali ganda daripada aluminium dan kekakuan tertentu 1.71 kali daripada aluminium.

Membandingkan sifat terma serat karbon dan aluminium

Dua lagi sifat yang menunjukkan perbezaan antara serat karbon dan aluminium ialah pengembangan haba dan kekonduksian terma.

Pengembangan haba menerangkan bagaimana dimensi bahan berubah apabila suhu berubah.

Pengukuran Serat Karbon Aluminium Aluminium / Karbon
Perbandingan
Pengembangan haba 2 in / in / ° F 13 in / in / ° F 6.5

Aluminium mempunyai kira-kira enam kali pengembangan haba serat karbon.

Kebaikan dan keburukan

Semasa merancang bahan dan sistem canggih, jurutera mesti menentukan sifat bahan yang paling penting untuk aplikasi tertentu. Apabila kekuatan tinggi ke berat atau kekakuan berat tinggi, serat karbon adalah pilihan yang jelas. Dari segi reka bentuk struktur, apabila berat tambahan dapat memendekkan kitaran hidup atau menyebabkan prestasi yang buruk, para pereka harus melihat serat karbon sebagai bahan bangunan yang lebih baik. Apabila ketangguhan penting, serat karbon mudah digabungkan dengan bahan lain untuk mendapatkan ciri-ciri yang diperlukan.

Sifat pengembangan haba rendah gentian karbon adalah kelebihan yang ketara ketika membuat produk yang memerlukan tahap ketepatan tinggi, dan kestabilan dimensi dalam keadaan suhu berubah-ubah: peranti optik, pengimbas 3D, teleskop, dll.

Terdapat juga beberapa kelemahan menggunakan serat karbon. Serat karbon tidak menghasilkan. Di bawah beban, serat karbon akan membengkok tetapi tidak akan selaras dengan bentuk baru (elastik). Setelah kekuatan tegangan utama bahan serat karbon terlampaui, serat karbon gagal secara tiba-tiba. Jurutera mesti memahami tingkah laku ini dan memasukkan faktor keselamatan untuk menanggungnya semasa merancang produk. Bahagian gentian karbon juga jauh lebih mahal daripada aluminium kerana kos tinggi untuk menghasilkan serat karbon dan kemahiran dan pengalaman hebat yang terlibat dalam membuat bahagian komposit berkualiti tinggi.


Masa penghantaran: Jun-24-2021