Różnica między włóknem węglowym a metalem.

Wśród wielu materiałów coraz większą uwagę zwraca się na kompozyty z włókna węglowego (CFRP) ze względu na ich doskonałą wytrzymałość właściwą, sztywność właściwą, odporność na korozję i odporność na zmęczenie.

Różne właściwości kompozytów z włókna węglowego i materiałów metalowych dostarczają inżynierom różnych pomysłów projektowych.

Poniżej znajduje się proste porównanie kompozytów z włókna węglowego z właściwościami i różnicami tradycyjnych metali.

1. Specyficzna sztywność i właściwa wytrzymałość

W porównaniu z materiałami metalowymi materiały z włókna węglowego mają lekkość, wysoką wytrzymałość właściwą i określoną sztywność.Moduł włókna węglowego na bazie żywicy jest wyższy niż w przypadku stopu aluminium, a wytrzymałość włókna węglowego na bazie żywicy jest znacznie wyższa niż w przypadku stopu aluminium.

2. Projektowalność

Wszystkie materiały metalowe są zwykle tej samej płci, występuje zjawisko wydajności lub warunkowej wydajności.A jednowarstwowe włókno węglowe ma oczywistą kierunkowość.

Właściwości mechaniczne wzdłuż kierunku włókien są o 1 ~ 2 rzędy wielkości wyższe niż właściwości wzdłuż pionowego kierunku włókien oraz właściwości przy ścinaniu wzdłużnym i poprzecznym, a krzywe naprężenia-odkształcenia są liniowo sprężyste przed pęknięciem.

Dlatego materiał z włókna węglowego może wybrać kąt układania, współczynnik układania i kolejność układania pojedynczej warstwy zgodnie z teorią płyty laminującej.Zgodnie z charakterystyką rozkładu obciążenia, sztywność i wytrzymałość można uzyskać projektowo, podczas gdy tradycyjne materiały metalowe można jedynie zagęścić.

Jednocześnie można uzyskać wymaganą sztywność i wytrzymałość w płaszczyźnie, a także wyjątkową sztywność połączenia w płaszczyźnie i poza płaszczyzną.

3. Odporność na korozję

W porównaniu z materiałami metalowymi materiały z włókna węglowego mają silną odporność na kwasy i zasady.Włókno węglowe to mikrokrystaliczna struktura podobna do kryształu grafitu powstająca w wyniku grafityzacji w wysokiej temperaturze 2000-3000°C, która charakteryzuje się wysoką odpornością na korozję średnią, w zawartości do 50% kwasu solnego, kwasu siarkowego lub kwasu fosforowego, moduł sprężystości, wytrzymałość i średnica pozostają zasadniczo niezmienione.

Dlatego też, jako materiał wzmacniający, włókno węglowe ma wystarczającą gwarancję odporności na korozję, inna żywica matrycowa jest inna pod względem odporności na korozję.

Podobnie jak zwykła żywica epoksydowa wzmocniona włóknem węglowym, żywica epoksydowa ma lepszą odporność na warunki atmosferyczne i nadal dobrze utrzymuje swoją wytrzymałość.

4. Przeciw zmęczeniu

Odkształcenie ściskające i wysoki poziom odkształcenia są głównymi czynnikami wpływającymi na właściwości zmęczeniowe kompozytów z włókna węglowego.Właściwości zmęczeniowe poddaje się najczęściej badaniom zmęczeniowym pod ciśnieniem (R = 10) i ciśnieniem rozciągającym (r =-1), natomiast materiały metaliczne poddaje się próbom zmęczenia przy rozciąganiu pod ciśnieniem (R = 0,1).W porównaniu z częściami metalowymi, zwłaszcza częściami ze stopu aluminium, części z włókna węglowego mają doskonałe właściwości zmęczeniowe.W dziedzinie podwozi samochodowych i tak dalej, kompozyty z włókna węglowego mają lepsze zalety aplikacyjne.Jednocześnie w włóknie węglowym prawie nie ma efektu karbu.Krzywa SN w teście z karbem jest taka sama jak w teście bez karbu przez cały okres użytkowania większości laminatów z włókna węglowego.

5. Odzyskiwalność

Obecnie dojrzała matryca z włókna węglowego jest wykonana z żywicy termoutwardzalnej, która po utwardzeniu i usieciowaniu jest trudna do ekstrakcji i ponownego użycia.Dlatego trudność w odzyskiwaniu włókien węglowych jest jedną z wąskich gardeł rozwoju przemysłu, a także problemem technicznym, który należy pilnie rozwiązać w celu zastosowania na dużą skalę.Obecnie większość metod recyklingu w kraju i za granicą wiąże się z wysokimi kosztami i jest trudna do uprzemysłowienia.Firma Walter Carbon Fibre aktywnie poszukuje rozwiązań nadających się do recyklingu, wykonała szereg próbek produkcji próbnej, efekt odzysku jest dobry, w warunkach produkcji masowej.

Wniosek

W porównaniu z tradycyjnymi materiałami metalowymi materiały z włókna węglowego mają wyjątkowe zalety w zakresie właściwości mechanicznych, lekkości, możliwości projektowania i odporności na zmęczenie.Jednak wydajność produkcji i trudny odzysk nadal stanowią wąskie gardła w jego dalszym zastosowaniu.Uważa się, że włókno węglowe będzie coraz częściej stosowane wraz z innowacjami technologii i procesów.


Czas publikacji: 7 lipca 2021 r

Wyślij do nas wiadomość:

Napisz tutaj swoją wiadomość i wyślij ją do nas