Anglies pluoštas vis dažniau pakeičia aliuminį ir tai daro pastaruosius kelis dešimtmečius. Šie pluoštai yra žinomi dėl savo išskirtinio stiprumo ir standumo, taip pat yra ypač lengvi. Anglies pluošto sruogos derinamos su įvairiomis dervomis, sukuriant kompozicines medžiagas. Šios kompozicinės medžiagos išnaudoja tiek pluošto, tiek dervos savybes. Šiame straipsnyje pateikiamas anglies pluošto ir aliuminio savybių palyginimas, taip pat kai kurie kiekvienos medžiagos privalumai ir trūkumai.
Išmatuotas anglies pluoštas ir aliuminis
Toliau pateikiami skirtingų savybių, naudojamų palyginant dvi medžiagas, apibrėžimai:
Tamprumo modulis = medžiagos „stangrumas“. Medžiagos įtempių ir deformacijų santykis. Medžiagos įtempių ir deformacijų kreivės nuolydis jos elastingoje srityje.
Didžiausias tempiamasis stipris = didžiausias įtempis, kurį medžiaga gali atlaikyti prieš lūžtant.
Tankis = medžiagos masė tūrio vienetui.
Savitasis standumas = elastingumo modulis, padalytas iš medžiagos tankio. Naudojamas skirtingo tankio medžiagoms lyginti.
Savitasis tempiamasis stipris = tempimo stipris, padalytas iš medžiagos tankio.
Turint omenyje šią informaciją, šioje diagramoje lyginamas anglies pluoštas ir aliuminis.
Pastaba: daug veiksnių gali turėti įtakos šiems skaičiams. Tai yra apibendrinimai; ne absoliutūs išmatavimai. Pavyzdžiui, galimos skirtingos anglies pluošto medžiagos, kurių standumas arba stiprumas yra didesnis, o tai dažnai sumažina kitas savybes.
| Matavimas | Anglies pluoštas | Aliuminis | Anglis/aliuminis Palyginimas |
| Tamprumo modulis (E) GPa | 70 | 68.9 | 100 % |
| Tempiamasis stipris (σ) MPa | 1035 | 450 | 230 % |
| Tankis (ρ) g/cm3 | 1.6 | 2.7 | 59 % |
| Savitasis standumas (E/ρ) | 43.8 | 25.6 | 171 % |
| Savitasis tempiamasis stipris (σ /ρ) | 647 | 166 | 389 % |
Ši diagrama rodo, kad anglies pluošto savitasis tempiamasis stipris yra maždaug 3,8 karto didesnis nei aliuminio, o specifinis standumas 1,71 karto didesnis nei aliuminio.
Anglies pluošto ir aliuminio šiluminių savybių palyginimas
Dar dvi savybės, parodančios anglies pluošto ir aliuminio skirtumus, yra šiluminis plėtimasis ir šilumos laidumas.
Terminis plėtimasis apibūdina, kaip keičiasi medžiagos matmenys, kai keičiasi temperatūra.
| Matavimas | Anglies pluoštas | Aliuminis | Aliuminis/anglis Palyginimas |
| Šiluminis plėtimasis | 2 in/in/°F | 13 in/in/°F | 6.5 |
Aliuminio šiluminis plėtimasis yra maždaug šešis kartus didesnis nei anglies pluošto.
Privalumai ir trūkumai
Kurdami pažangias medžiagas ir sistemas, inžinieriai turi nustatyti, kurios medžiagų savybės yra svarbiausios konkrečioms reikmėms. Kai svarbus didelis stiprumo ir svorio santykis arba didelis standumas, anglies pluoštas yra akivaizdus pasirinkimas. Kalbant apie konstrukcijų dizainą, kai padidintas svoris gali sutrumpinti gyvavimo ciklą arba lemti prastus rezultatus, dizaineriai turėtų žiūrėti į anglies pluoštą kaip į geresnę statybinę medžiagą. Kai kietumas yra būtinas, anglies pluoštas lengvai derinamas su kitomis medžiagomis, kad išgautų reikiamas savybes.
Mažos anglies pluošto šiluminio plėtimosi savybės yra didelis privalumas kuriant gaminius, kuriems reikalingas didelis tikslumas ir matmenų stabilumas esant temperatūros svyravimams: optiniai įrenginiai, 3D skeneriai, teleskopai ir kt.
Anglies pluošto naudojimas taip pat turi keletą trūkumų. Anglies pluoštas nepasiduoda. Esant apkrovai, anglies pluoštas sulinks, bet neatliks naujos formos (elastingas). Viršijus didžiausią anglies pluošto medžiagos atsparumą tempimui, anglies pluoštas staiga sugenda. Inžinieriai turi suprasti šį elgesį ir įtraukti saugos veiksnius, kad į tai būtų atsižvelgta kurdami gaminius. Anglies pluošto dalys taip pat yra žymiai brangesnės nei aliuminis dėl didelių anglies pluošto gamybos sąnaudų ir didelių įgūdžių bei patirties kuriant aukštos kokybės kompozitines dalis.
Paskelbimo laikas: 2021-06-24