Mae ffibr carbon yn disodli alwminiwm mewn amrywiaeth gynyddol o gymwysiadau ac mae wedi bod yn gwneud hynny am yr ychydig ddegawdau diwethaf. Mae'r ffibrau hyn yn adnabyddus am eu cryfder a'u anhyblygedd eithriadol ac maent hefyd yn ysgafn iawn. Mae llinynnau ffibr carbon yn cael eu cyfuno â resinau amrywiol i greu deunyddiau cyfansawdd. Mae'r deunyddiau cyfansawdd hyn yn manteisio ar briodweddau ffibr a resin. Mae'r erthygl hon yn darparu cymhariaeth o briodweddau ffibr carbon yn erbyn alwminiwm, ynghyd â rhai manteision ac anfanteision pob deunydd.
Ffibr Carbon yn erbyn Alwminiwm wedi'i Fesur
Isod mae diffiniadau o'r priodweddau gwahanol a ddefnyddir i gymharu'r ddau ddefnydd:
Modwlws elastigedd = “Anystwythder” defnydd. Cymhareb straen i straen ar gyfer defnydd. Goledd y gromlin straen vs straen ar gyfer deunydd yn ei ranbarth elastig.
Cryfder tynnol eithaf = y straen mwyaf y gall defnydd ei wrthsefyll cyn torri.
Dwysedd = màs y deunydd fesul uned cyfaint.
Anystwythder penodol = Modwlws elastigedd wedi'i rannu â dwysedd y deunydd. Defnyddir ar gyfer cymharu deunyddiau â dwyseddau annhebyg.
Cryfder tynnol penodol = Cryfder tynnol wedi'i rannu â dwysedd y deunydd.
Gyda'r wybodaeth hon mewn golwg, mae'r siart canlynol yn cymharu ffibr carbon ac alwminiwm.
Nodyn: Gall llawer o ffactorau effeithio ar y niferoedd hyn. Cyffredinoliadau yw'r rhain; nid mesuriadau absoliwt. Er enghraifft, mae gwahanol ddeunyddiau ffibr carbon ar gael gyda mwy o anystwythder neu gryfder, yn aml gyda chyfaddawd o ran lleihau eiddo eraill.
| Mesur | Ffibr Carbon | Alwminiwm | Carbon/Alwminiwm Cymhariaeth |
| Modwlws elastigedd (E) GPa | 70 | 68.9 | 100% |
| Cryfder tynnol (σ) MPa | 1035 | 450 | 230% |
| Dwysedd (ρ) g/cm3 | 1.6 | 2.7 | 59% |
| Anystwythder penodol (E/ρ) | 43.8 | 25.6 | 171% |
| Cryfder tynnol penodol (σ / ρ) | 647 | 166 | 389% |
Mae'r siart hwn yn dangos bod gan ffibr carbon gryfder tynnol penodol o tua 3.8 gwaith cryfder alwminiwm ac anystwythder penodol o 1.71 gwaith yn fwy nag alwminiwm.
Cymharu priodweddau thermol ffibr carbon ac alwminiwm
Dau eiddo arall sy'n dangos y gwahaniaethau rhwng ffibr carbon ac alwminiwm yw ehangu thermol a dargludedd thermol.
Mae ehangiad thermol yn disgrifio sut mae dimensiynau defnydd yn newid pan fydd tymheredd yn newid.
| Mesur | Ffibr Carbon | Alwminiwm | Alwminiwm/Carbon Cymhariaeth |
| Ehangu thermol | 2 mewn/mewn/°F | 13 mewn/mewn/°F | 6.5 |
Mae gan alwminiwm tua chwe gwaith ehangiad thermol ffibr carbon.
Manteision ac Anfanteision
Wrth ddylunio deunyddiau a systemau uwch, rhaid i beirianwyr benderfynu pa briodweddau deunyddiau sydd bwysicaf ar gyfer cymwysiadau penodol. Pan fydd cryfder uchel-i-bwysau neu anystwythder-i-bwysau uchel yn bwysig, ffibr carbon yw'r dewis amlwg. O ran dyluniad strwythurol, pan allai pwysau ychwanegol leihau cylchoedd bywyd neu arwain at berfformiad gwael, dylai dylunwyr edrych ar ffibr carbon fel y deunydd adeiladu gwell. Pan fo caledwch yn hanfodol, mae ffibr carbon yn cael ei gyfuno'n hawdd â deunyddiau eraill i gael y nodweddion angenrheidiol.
Mae priodweddau ehangu thermol isel ffibr carbon yn fantais sylweddol wrth greu cynhyrchion sydd angen lefel uchel o gywirdeb, a sefydlogrwydd dimensiwn mewn amodau lle mae tymheredd yn amrywio: dyfeisiau optegol, sganwyr 3D, telesgopau, ac ati.
Mae yna hefyd ychydig o anfanteision i ddefnyddio ffibr carbon. Nid yw ffibr carbon yn cynhyrchu. O dan lwyth, bydd ffibr carbon yn plygu ond ni fydd yn cydymffurfio'n barhaol â'r siâp newydd (elastig). Unwaith y rhagorir ar gryfder tynnol eithaf y deunydd ffibr carbon, mae ffibr carbon yn methu'n sydyn. Rhaid i beirianwyr ddeall yr ymddygiad hwn a chynnwys ffactorau diogelwch i gyfrif amdano wrth ddylunio cynhyrchion. Mae rhannau ffibr carbon hefyd yn sylweddol ddrytach nag alwminiwm oherwydd y gost uchel i gynhyrchu ffibr carbon a'r sgil a'r profiad gwych sy'n gysylltiedig â chreu rhannau cyfansawdd o ansawdd uchel.
Amser postio: Mehefin-24-2021