Koolstofvesel vs aluminium

Koolstofvesel vervang aluminium in 'n toenemende verskeidenheid toepassings en doen dit al die laaste paar dekades. Hierdie vesels is bekend vir hul besonderse sterkte en styfheid en is ook uiters liggewig. Koolstofveselstringe word met verskeie harse gekombineer om saamgestelde materiale te skep. Hierdie saamgestelde materiale trek voordeel uit die eienskappe van beide vesel en hars. Hierdie artikel bied 'n vergelyking van die eienskappe van koolstofvesel teenoor aluminium, saam met 'n paar voor- en nadele van elke materiaal.

Koolstofvesel vs aluminium gemeet

Hieronder is die definisies van die verskillende eienskappe wat gebruik word om die twee materiale te vergelyk:

Modulus van elastisiteit = Die "styfheid" van 'n materiaal. Die verhouding van spanning tot vervorming vir 'n materiaal. Die helling van die spanning vs rekkromme vir 'n materiaal in sy elastiese area.

Uiteindelike treksterkte = die maksimum spanning wat 'n materiaal kan weerstaan ​​voordat dit breek.

Digtheid = die materiaal se massa per volume-eenheid.

Spesifieke styfheid = elastisiteitsmodulus gedeel deur die materiaal se digtheid. Word gebruik om materiale met verskillende digthede te vergelyk.

Spesifieke treksterkte = Treksterkte gedeel deur die materiaal se digtheid.

Met hierdie inligting in gedagte, vergelyk die volgende grafiek koolstofvesel en aluminium.

Let wel: Baie faktore kan hierdie getalle beïnvloed. Dit is veralgemenings; nie absolute metings nie. Byvoorbeeld, verskillende koolstofveselmateriale is beskikbaar met hoër styfheid of sterkte, dikwels met 'n afweging in vermindering van ander eienskappe.

Hierdie grafiek toon dat koolstofvesel 'n spesifieke treksterkte van ongeveer 3,8 keer dié van aluminium en 'n spesifieke styfheid van 1,71 keer dié van aluminium het.

Vergelyk termiese eienskappe van koolstofvesel en aluminium

Nog twee eienskappe wat die verskille tussen koolstofvesel en aluminium toon, is termiese uitsetting en termiese geleidingsvermoë.

Termiese uitsetting beskryf hoe 'n materiaal se afmetings verander wanneer temperature verander.

Aluminium het ongeveer ses keer die termiese uitsetting van koolstofvesel.

Voor- en nadele

By die ontwerp van gevorderde materiale en stelsels moet ingenieurs bepaal watter materiaaleienskappe die belangrikste is vir spesifieke toepassings. Wanneer hoë sterkte-tot-gewig of hoë styfheid-tot-gewig saak maak, is koolstofvesel die voor die hand liggende keuse. Wat strukturele ontwerp betref, wanneer ekstra gewig lewensiklusse kan verkort of tot swak werkverrigting kan lei, moet ontwerpers na koolstofvesel as die beter boumateriaal kyk. Wanneer taaiheid noodsaaklik is, word koolstofvesel maklik met ander materiale gekombineer om die nodige eienskappe te verkry.

Koolstofvesel se lae termiese uitsetting-eienskappe is 'n beduidende voordeel wanneer produkte geskep word wat 'n hoë mate van akkuraatheid, en dimensionele stabiliteit vereis in toestande waar temperature wissel: optiese toestelle, 3D-skandeerders, teleskope, ens.

Daar is ook 'n paar nadele aan die gebruik van koolstofvesel. Koolstofvesel gee nie mee nie. Onder vrag sal koolstofvesel buig, maar sal nie permanent aan die nuwe vorm (elastiek) voldoen nie. Sodra die uiteindelike treksterkte van die koolstofveselmateriaal oorskry is, misluk koolstofvesel skielik. Ingenieurs moet hierdie gedrag verstaan ​​en veiligheidsfaktore insluit om daarvoor rekening te hou wanneer produkte ontwerp word. Koolstofveselonderdele is ook aansienlik duurder as aluminium as gevolg van die hoë koste om koolstofvesel te vervaardig en die groot vaardigheid en ervaring betrokke by die skep van hoëgehalte saamgestelde onderdele.