Karbonfibro anstataŭigas aluminion en kreskanta gamo da aplikoj kaj tion faras dum la lastaj jardekoj. Ĉi tiuj fibroj estas konataj pro sia escepta forto kaj rigideco kaj ankaŭ estas ekstreme malpezaj. Karbonfibrofadenoj estas kombinitaj kun diversaj rezinoj por krei kunmetitajn materialojn. Ĉi tiuj kunmetitaj materialoj utiligas la ecojn de kaj fibro kaj rezino. Ĉi tiu artikolo provizas komparon de la propraĵoj de karbonfibro kontraŭ aluminio, kune kun iuj avantaĝoj kaj malavantaĝoj de ĉiu materialo.
Karbona Fibro vs Aluminio Mezurita
Malsupre estas la difinoj de la malsamaj trajtoj uzitaj por kompari la du materialojn:
Modulo de elasteco = La "rigideco" de materialo. La rilatumo de streĉiĝo al streĉiĝo por materialo. La deklivo de la streĉa kontraŭ streĉa kurbo por materialo en ĝia elasta regiono.
Finfina tirstreĉo = la maksimuma streĉo kiun materialo povas elteni antaŭ rompiĝo.
Denso = la maso de la materialo po unuo de volumeno.
Specifa rigideco = Modulo de elasteco dividita per la denseco de la materialo. Uzita por kompari materialojn kun malsimilaj densecoj.
Specifa tirrezisto = Tirrezisto dividita per la denseco de la materialo.
Konsiderante ĉi tiun informon, la sekva diagramo komparas karbonfibron kaj aluminion.
Noto: Multaj faktoroj povas influi ĉi tiujn nombrojn. Ĉi tiuj estas ĝeneraligoj; ne absolutaj mezuradoj. Ekzemple, malsamaj karbonfibrmaterialoj estas haveblaj kun pli alta rigideco aŭ forto, ofte kun avantaĝinterŝanĝo en redukto de aliaj trajtoj.
| Mezurado | Karbona Fibro | Aluminio | Karbono/Aluminio Komparo |
| Modulo de elasteco (E) GPa | 70 | 68.9 | 100% |
| Tirezorezisto (σ) MPa | 1035 | 450 | 230% |
| Denso (ρ) g/cm3 | 1.6 | 2.7 | 59% |
| Specifa rigideco (E/ρ) | 43.8 | 25.6 | 171% |
| Specifa tirforto (σ/ρ) | 647 | 166 | 389% |
Ĉi tiu diagramo montras, ke karbonfibro havas specifan tirforton de proksimume 3.8 fojojn tiu de aluminio kaj specifan rigidecon de 1.71 fojojn tiu de aluminio.
Komparante termikajn ecojn de karbonfibro kaj aluminio
Du pliaj propraĵoj, kiuj montras la diferencojn inter karbonfibro kaj aluminio, estas termika ekspansio kaj termika kondukteco.
Termika ekspansio priskribas kiel la grandeco de materialo ŝanĝiĝas kiam temperaturoj ŝanĝiĝas.
| Mezurado | Karbona Fibro | Aluminio | Aluminio/Karbono Komparo |
| Termika ekspansio | 2 in/en/°F | 13 in/en/°F | 6.5 |
Aluminio havas proksimume ses fojojn la termika ekspansio de karbonfibro.
Avantaĝoj kaj Kontraŭoj
Dum desegnado de altnivelaj materialoj kaj sistemoj, inĝenieroj devas determini kiuj materialaj trajtoj estas plej gravaj por specifaj aplikoj. Kiam alta forto-al-pezo aŭ alta rigideco-al-pezo gravas, karbonfibro estas la evidenta elekto. Koncerne strukturan dezajnon, kiam aldonita pezo povus mallongigi vivociklojn aŭ konduki al malbona rendimento, dizajnistoj devus rigardi karbonfibron kiel la pli bonan konstrumaterialon. Kiam fortikeco estas esenca, karbonfibro estas facile kombinita kun aliaj materialoj por akiri la necesajn karakterizaĵojn.
La malaltaj termikaj ekspansiaj trajtoj de karbonfibro estas signifa avantaĝo dum kreado de produktoj kiuj postulas altan gradon da precizeco, kaj dimensian stabilecon en kondiĉoj kie temperaturoj variadas: optikaj aparatoj, 3D skaniloj, teleskopoj, ktp.
Estas ankaŭ kelkaj malavantaĝoj uzi karbonfibro. Karbonfibro ne cedas. Sub ŝarĝo, karbonfibro fleksos sed ne konstante konformiĝos al la nova formo (elasta). Post kiam la finfina tirforto de la karbonfibra materialo estas superita, karbonfibro malsukcesas subite. Inĝenieroj devas kompreni ĉi tiun konduton kaj inkluzivi sekurecajn faktorojn por respondeci pri ĝi dum desegnado de produktoj. Karbonfibropartoj ankaŭ estas signife pli multekostaj ol aluminio pro la alta kosto produkti karbonfibro kaj la granda lerteco kaj sperto implikita en kreado de altkvalitaj kunmetitaj partoj.
Afiŝtempo: Jun-24-2021