Karbon fiber, giderek artan uygulama çeşitliliğinde alüminyumun yerini alıyor ve son birkaç on yıldır da bunu yapıyor. Bu elyaflar olağanüstü mukavemetleri ve sertlikleriyle bilinir ve aynı zamanda son derece hafiftir. Karbon fiber şeritler, kompozit malzemeler oluşturmak için çeşitli reçinelerle birleştirilir. Bu kompozit malzemeler hem fiberin hem de reçinenin özelliklerinden yararlanır. Bu makale, her malzemenin bazı artıları ve eksileriyle birlikte, karbon fiberin alüminyuma karşı özelliklerinin bir karşılaştırmasını sağlar.
Ölçülen Karbon Fiber ve Alüminyum
Aşağıda iki malzemeyi karşılaştırmak için kullanılan farklı özelliklerin tanımları verilmiştir:
Esneklik modülü = Bir malzemenin “sertliği”. Bir malzeme için gerilimin gerinime oranı. Bir malzemenin elastik bölgesindeki gerilim-gerinim eğrisinin eğimi.
Nihai çekme mukavemeti = bir malzemenin kırılmadan önce dayanabileceği maksimum gerilim.
Yoğunluk = malzemenin birim hacim başına kütlesi.
Spesifik sertlik = Elastikiyet modülünün malzemenin yoğunluğuna bölümü. Farklı yoğunluklara sahip malzemeleri karşılaştırmak için kullanılır.
Spesifik çekme mukavemeti = Çekme mukavemetinin malzemenin yoğunluğuna bölümü.
Bu bilgiyi akılda tutarak, aşağıdaki tablo karbon fiber ve alüminyumu karşılaştırmaktadır.
Not: Bu sayıları birçok faktör etkileyebilir. Bunlar genellemelerdir; mutlak ölçümler değil. Örneğin, daha yüksek sertlik veya mukavemete sahip farklı karbon fiber malzemeler mevcuttur ve çoğu zaman diğer özelliklerin azaltılmasında bir ödün verilir.
| Ölçüm | Karbon Elyaf | Alüminyum | Karbon/Alüminyum Karşılaştırmak |
| Esneklik modülü (E) GPa | 70 | 68.9 | %100 |
| Çekme mukavemeti (σ) MPa | 1035 | 450 | %230 |
| Yoğunluk (ρ) g/cm3 | 1.6 | 2.7 | %59 |
| Özgül sertlik (E/ρ) | 43.8 | 25.6 | %171 |
| Spesifik çekme mukavemeti (σ /ρ) | 647 | 166 | %389 |
Bu grafik, karbon fiberin alüminyumun yaklaşık 3,8 katı özgül gerilme mukavemetine ve alüminyumun özgül sertliğinin 1,71 katı olduğunu göstermektedir.
Karbon fiber ve alüminyumun termal özelliklerinin karşılaştırılması
Karbon fiber ile alüminyum arasındaki farkları gösteren iki özellik daha termal genleşme ve termal iletkenliktir.
Termal genleşme, sıcaklıklar değiştiğinde bir malzemenin boyutlarının nasıl değiştiğini açıklar.
| Ölçüm | Karbon Elyaf | Alüminyum | Alüminyum/Karbon Karşılaştırmak |
| Termal genleşme | 2 inç/inç/°F | 13 inç/inç/°F | 6.5 |
Alüminyum, karbon fiberden yaklaşık altı kat daha fazla termal genleşmeye sahiptir.
Artıları ve Eksileri
Gelişmiş malzeme ve sistemler tasarlarken mühendisler, belirli uygulamalar için hangi malzeme özelliklerinin en önemli olduğunu belirlemelidir. Yüksek mukavemet/ağırlık veya yüksek sertlik/ağırlık önemli olduğunda, karbon fiber bariz seçimdir. Yapısal tasarım açısından, eklenen ağırlığın yaşam döngülerini kısaltabileceği veya performansın düşmesine yol açabileceği durumlarda, tasarımcılar daha iyi bir yapı malzemesi olarak karbon fibere bakmalıdır. Dayanıklılık gerekli olduğunda, karbon fiber gerekli özellikleri elde etmek için diğer malzemelerle kolayca birleştirilir.
Karbon fiberin düşük termal genleşme özellikleri, optik cihazlar, 3D tarayıcılar, teleskoplar vb. gibi sıcaklıkların dalgalandığı koşullarda yüksek derecede hassasiyet ve boyutsal kararlılık gerektiren ürünler oluştururken önemli bir avantaj sağlar.
Karbon fiber kullanmanın birkaç dezavantajı da vardır. Karbon fiber akma yapmaz. Yük altında karbon fiber bükülecektir ancak yeni şekline (elastik) kalıcı olarak uyum sağlamayacaktır. Karbon fiber malzemenin nihai çekme mukavemeti aşıldığında, karbon fiber aniden başarısız olur. Mühendisler bu davranışı anlamalı ve ürünleri tasarlarken güvenlik faktörlerini hesaba katmalıdır. Karbon fiber parçalar ayrıca, karbon fiber üretmenin yüksek maliyeti ve yüksek kaliteli kompozit parçalar yaratmanın getirdiği büyük beceri ve deneyim nedeniyle alüminyumdan önemli ölçüde daha pahalıdır.
Gönderim zamanı: Haz-24-2021