Карбонска влакна замењују алуминијум у све већем броју примена и то чине последњих неколико деценија. Ова влакна су позната по својој изузетној снази и крутости, а такође су и изузетно лагана. Праменови карбонских влакана се комбинују са различитим смолама за стварање композитних материјала. Ови композитни материјали користе предности и својстава влакана и смоле. Овај чланак даје поређење особина угљеничних влакана у односу на алуминијум, заједно са неким предностима и недостацима сваког материјала.
Измерено угљенично влакно наспрам алуминијума
Испод су дефиниције различитих особина које се користе за поређење ова два материјала:
Модул еластичности = "крутост" материјала. Однос напона и деформације за материјал. Нагиб криве напона у односу на деформацију за материјал у његовом еластичном региону.
Максимална затезна чврстоћа = максимални напон који материјал може да издржи пре лома.
Густина = маса материјала по јединици запремине.
Специфична крутост = Модул еластичности подељен са густином материјала. Користи се за поређење материјала са различитим густинама.
Специфична затезна чврстоћа = Затезна чврстоћа подељена са густином материјала.
Имајући на уму ове информације, следећи графикон упоређује карбонска влакна и алуминијум.
Напомена: Многи фактори могу утицати на ове бројеве. Ово су генерализације; не апсолутна мерења. На пример, доступни су различити материјали од угљеничних влакана са већом крутошћу или чврстоћом, често са компромисом у смањењу других својстава.
| Меасуремент | Царбон Фибер | Алуминијум | Карбон/алуминијум Поређење |
| Модул еластичности (Е) ГПа | 70 | 68.9 | 100% |
| Затезна чврстоћа (σ) МПа | 1035 | 450 | 230% |
| Густина (ρ) г/цм3 | 1.6 | 2.7 | 59% |
| Специфична крутост (Е/ρ) | 43.8 | 25.6 | 171% |
| Специфична затезна чврстоћа (σ /ρ) | 647 | 166 | 389% |
Овај графикон показује да карбонска влакна имају специфичну затезну чврстоћу од приближно 3,8 пута већу од алуминијума и специфичну крутост од 1,71 пута већу од алуминијума.
Поређење термичких својстава угљеничних влакана и алуминијума
Још два својства која показују разлику између угљеничних влакана и алуминијума су топлотна експанзија и топлотна проводљивост.
Топлотна експанзија описује како се димензије материјала мењају када се промене температуре.
| Меасуремент | Царбон Фибер | Алуминијум | Алуминијум/карбон Поређење |
| Топлотно ширење | 2 ин/ин/°Ф | 13 ин/°Ф | 6.5 |
Алуминијум има приближно шест пута већу термичку експанзију од угљеничних влакана.
За и против
Приликом пројектовања напредних материјала и система, инжењери морају да одреде која су својства материјала најважнија за специфичне примене. Када је важна висока чврстоћа према тежини или висока крутост према тежини, карбонска влакна су очигледан избор. У погледу структуралног дизајна, када би додатна тежина могла скратити животни циклус или довести до лоших перформанси, дизајнери би требало да гледају на карбонска влакна као на бољи грађевински материјал. Када је жилавост неопходна, угљенична влакна се лако комбинују са другим материјалима да би се добиле потребне карактеристике.
Ниска својства термичке експанзије карбонских влакана су значајна предност при креирању производа који захтевају висок степен прецизности и стабилност димензија у условима у којима температуре варирају: оптички уређаји, 3Д скенери, телескопи итд.
Такође постоји неколико недостатака коришћења угљеничних влакана. Карбонска влакна не попуштају. Под оптерећењем, карбонска влакна ће се савити, али се неће трајно прилагодити новом облику (еластична). Једном када је крајња затезна чврстоћа материјала од угљеничних влакана прекорачена, угљенична влакна изненада пропадају. Инжењери морају разумети ово понашање и укључити сигурносне факторе како би га узели у обзир приликом дизајнирања производа. Делови од угљеничних влакана су такође значајно скупљи од алуминијума због високе цене производње угљеничних влакана и велике вештине и искуства укључених у стварање висококвалитетних композитних делова.
Време поста: 24.06.2021