Fibra de carbon vs aluminiu

Fibra de carbon înlocuiește aluminiul într-o varietate tot mai mare de aplicații și o face în ultimele decenii. Aceste fibre sunt cunoscute pentru rezistența și rigiditatea lor excepționale și sunt, de asemenea, extrem de ușoare. Toroanele din fibră de carbon sunt combinate cu diverse rășini pentru a crea materiale compozite. Aceste materiale compozite profită atât de proprietățile fibrelor, cât și ale rășinii. Acest articol oferă o comparație a proprietăților fibrei de carbon față de aluminiu, împreună cu unele argumente pro și contra ale fiecărui material.

Fibra de carbon vs aluminiu măsurat

Mai jos sunt definițiile diferitelor proprietăți utilizate pentru a compara cele două materiale:

Modul de elasticitate = „rigiditatea” unui material. Raportul dintre tensiune și tensiune pentru un material. Panta curbei de tensiune vs deformare pentru un material în regiunea sa elastică.

Rezistența maximă la tracțiune = tensiunea maximă pe care o poate suporta un material înainte de rupere.

Densitate = masa materialului pe unitate de volum.

Rigiditate specifică = Modul de elasticitate împărțit la densitatea materialului. Folosit pentru compararea materialelor cu densități diferite.

Rezistența specifică la tracțiune = Rezistența la tracțiune împărțită la densitatea materialului.

Având în vedere aceste informații, graficul următor compară fibra de carbon și aluminiu.

Notă: Mulți factori pot afecta aceste numere. Acestea sunt generalizări; nu măsurători absolute. De exemplu, diferite materiale din fibră de carbon sunt disponibile cu rigiditate sau rezistență mai mare, adesea cu o compromis în reducerea altor proprietăți.

Măsurare Fibra de carbon Aluminiu Carbon / aluminiu
Comparaţie
Modul de elasticitate (E) GPa 70 68,9 100%
Rezistența la tracțiune (σ) MPa 1035 450 230%
Densitatea (ρ) g / cm3 1.6 2.7 59%
Rigiditate specifică (E / ρ) 43,8 25.6 171%
Rezistența specifică la tracțiune (σ / ρ) 647 166 389%

Acest grafic arată că fibra de carbon are o rezistență specifică la tracțiune de aproximativ 3,8 ori mai mare decât cea a aluminiului și o rigiditate specifică de 1,71 ori mai mare decât cea a aluminiului.

Comparând proprietățile termice ale fibrelor de carbon și ale aluminiului

Alte două proprietăți care arată diferențele dintre fibra de carbon și aluminiu sunt dilatarea termică și conductivitatea termică.

Expansiunea termică descrie modul în care dimensiunile unui material se schimbă atunci când temperaturile se schimbă.

Măsurare Fibra de carbon Aluminiu Aluminiu / carbon
Comparaţie
Expansiunea termică 2 in / in / ° F 13 in / in / ° F 6.5

Aluminiu are de aproximativ șase ori expansiunea termică a fibrei de carbon.

Argumente pro şi contra

Atunci când proiectează materiale și sisteme avansate, inginerii trebuie să stabilească care sunt proprietățile materialelor cele mai importante pentru aplicații specifice. Atunci când rezistența la greutate ridicată sau rigiditatea la greutate ridicată contează, fibra de carbon este alegerea evidentă. În ceea ce privește proiectarea structurală, atunci când greutatea adăugată ar putea scurta ciclurile de viață sau ar putea duce la performanțe slabe, proiectanții ar trebui să privească fibra de carbon ca fiind cel mai bun material de construcție. Când rezistența este esențială, fibra de carbon este ușor combinată cu alte materiale pentru a obține caracteristicile necesare.

Proprietățile reduse de expansiune termică ale fibrelor de carbon sunt un avantaj semnificativ atunci când se creează produse care necesită un grad ridicat de precizie și stabilitate dimensională în condiții în care temperaturile fluctuează: dispozitive optice, scanere 3D, telescoape etc.

Există, de asemenea, câteva dezavantaje în utilizarea fibrei de carbon. Fibra de carbon nu cedează. Sub sarcină, fibra de carbon se va îndoi, dar nu se va conforma permanent cu noua formă (elastică). Odată ce rezistența maximă la tracțiune a materialului din fibră de carbon este depășită, fibra de carbon eșuează brusc. Inginerii trebuie să înțeleagă acest comportament și să includă factori de siguranță pentru a-l ține cont atunci când proiectează produse. Părțile din fibră de carbon sunt, de asemenea, semnificativ mai scumpe decât aluminiul, datorită costului ridicat al producției de fibră de carbon și a abilității și experienței deosebite implicate în crearea de piese compozite de înaltă calitate.


Ora postării: 24 iunie - 2121