Serat Karbon lwn Aluminium

Gentian karbon menggantikan aluminium dalam pelbagai aplikasi yang semakin meningkat dan telah melakukannya sejak beberapa dekad yang lalu. Gentian ini terkenal dengan kekuatan dan ketegarannya yang luar biasa dan juga sangat ringan. Helai gentian karbon digabungkan dengan pelbagai resin untuk menghasilkan bahan komposit. Bahan komposit ini mengambil kesempatan daripada sifat kedua-dua gentian dan resin. Artikel ini memberikan perbandingan sifat gentian karbon berbanding aluminium, bersama dengan beberapa kebaikan dan keburukan setiap bahan.

Serat Karbon lwn Aluminium Diukur

Di bawah ialah takrifan sifat berbeza yang digunakan untuk membandingkan dua bahan:

Modulus keanjalan = "Kekakuan" bahan. Nisbah tegasan kepada terikan bagi sesuatu bahan. Kecerunan lengkung tegasan vs terikan untuk bahan dalam kawasan kenyalnya.

Kekuatan tegangan muktamad = tegasan maksimum bahan boleh tahan sebelum pecah.

Ketumpatan = jisim bahan per unit isipadu.

Kekukuhan spesifik = Modulus keanjalan dibahagikan dengan ketumpatan bahan. Digunakan untuk membandingkan bahan dengan ketumpatan yang tidak serupa.

Kekuatan tegangan khusus = Kekuatan tegangan dibahagikan dengan ketumpatan bahan.

Dengan mengambil kira maklumat ini, carta berikut membandingkan gentian karbon dan aluminium.

Nota: Banyak faktor boleh mempengaruhi nombor ini. Ini adalah generalisasi; bukan ukuran mutlak. Sebagai contoh, bahan gentian karbon berbeza tersedia dengan kekakuan atau kekuatan yang lebih tinggi, selalunya dengan pertukaran dalam pengurangan sifat lain.

Carta ini menunjukkan bahawa gentian karbon mempunyai kekuatan tegangan tertentu kira-kira 3.8 kali ganda daripada aluminium dan kekukuhan khusus 1.71 kali ganda daripada aluminium.

Membandingkan sifat terma gentian karbon dan aluminium

Dua lagi sifat yang menunjukkan perbezaan antara gentian karbon dan aluminium ialah pengembangan haba dan kekonduksian terma.

Pengembangan terma menerangkan bagaimana dimensi bahan berubah apabila suhu berubah.

Aluminium mempunyai kira-kira enam kali pengembangan haba gentian karbon.

Kebaikan dan Keburukan

Apabila mereka bentuk bahan dan sistem termaju, jurutera mesti menentukan sifat bahan mana yang paling penting untuk aplikasi tertentu. Apabila kekuatan-ke-berat yang tinggi atau kekakuan-ke-berat yang tinggi penting, gentian karbon adalah pilihan yang jelas. Dari segi reka bentuk struktur, apabila berat tambahan boleh memendekkan kitaran hayat atau membawa kepada prestasi yang lemah, pereka harus melihat kepada gentian karbon sebagai bahan binaan yang lebih baik. Apabila keliatan adalah penting, gentian karbon mudah digabungkan dengan bahan lain untuk mendapatkan ciri-ciri yang diperlukan.

Sifat pengembangan terma rendah gentian karbon merupakan kelebihan yang ketara apabila mencipta produk yang memerlukan tahap ketepatan yang tinggi dan kestabilan dimensi dalam keadaan di mana suhu turun naik: peranti optik, pengimbas 3D, teleskop, dsb.

Terdapat juga beberapa kelemahan untuk menggunakan gentian karbon. Serat karbon tidak menghasilkan. Di bawah beban, gentian karbon akan bengkok tetapi tidak akan menepati bentuk baharu (anjal) secara kekal. Sebaik sahaja kekuatan tegangan muktamad bahan gentian karbon melebihi gentian karbon gagal secara tiba-tiba. Jurutera mesti memahami tingkah laku ini dan memasukkan faktor keselamatan untuk mengambil kiranya semasa mereka bentuk produk. Bahagian gentian karbon juga jauh lebih mahal daripada aluminium kerana kos yang tinggi untuk menghasilkan gentian karbon dan kemahiran serta pengalaman hebat yang terlibat dalam mencipta bahagian komposit berkualiti tinggi.