Різниця між вуглецевим волокном і металом.

Серед багатьох матеріалів композитам з вуглецевого волокна (CFRP) приділяється все більше уваги за їх чудову питому міцність, питому жорсткість, корозійну стійкість та втомну стійкість.

Різні характеристики між композитами з вуглецевого волокна та металевими матеріалами також дають інженерам різні дизайнерські ідеї.

Нижче буде просте порівняння між композитами з вуглецевого волокна та традиційними характеристиками металу та відмінностями.

1. Питома жорсткість і питома міцність

У порівнянні з металевими матеріалами, вуглецеві волокна мають легку вагу, високу питому міцність та питому жорсткість. Модуль вуглецевого волокна на основі смоли вищий, ніж у алюмінієвого сплаву, а міцність вуглецевого волокна на основі смоли набагато вище, ніж у алюмінієвого сплаву.

2. Позначуваність

Металеві матеріали, як правило, всі одностатеві, існує врожайність або явище умовної врожайності. А одношарове вуглецеве волокно має очевидну спрямованість.

Механічні властивості вздовж напрямку волокна на 1 ~ 2 порядки вищі, ніж властивості по вертикальному напрямку волокон, а також поздовжні та поперечні зсувні властивості, а криві напруження-деформація є лінійно пружними до руйнування.

Таким чином, матеріал з вуглецевого волокна може вибирати кут укладання, коефіцієнт укладання та послідовність укладання одношарового матеріалу за допомогою теорії пластин ламінування. Відповідно до характеристик розподілу навантаження, жорсткість та міцність можна отримати за проектом, тоді як традиційні металеві матеріали можна тільки потовщувати.

Водночас можна отримати необхідну жорсткість та міцність у площині, а також унікальну жорсткість зчеплення в площині та поза площиною.

3. Стійкість до корозії

У порівнянні з металевими матеріалами, матеріали з вуглецевого волокна мають сильну стійкість до кислот і лугів. Вуглецеве волокно-це мікрокристалічна структура, схожа на кристал графіту, утворений шляхом графітування при високій температурі 2000-3000 ° С, який має високу стійкість до середньої корозії, до 50% соляної кислоти, сірчаної або фосфорної кислоти, модуль пружності, міцність і діаметр залишаються в основному незмінними.

Тому, як армуючий матеріал, вуглецеве волокно має достатню гарантію на корозійну стійкість, різні матричні смоли за корозійною стійкістю відрізняються.

Як і звичайна епоксидна смола, армована вуглецевими волокнами, епоксидна смола має кращу стійкість до погодних умов і при цьому добре зберігає свою міцність.

4. Проти втоми

Деформація стиснення та високий рівень деформації є основними факторами, що впливають на втомні властивості композитів з вуглецевого волокна. Втомні властивості зазвичай піддаються випробуванням на втому під тиском (R = 10) і тиском на розрив (r = -1), тоді як металеві матеріали піддаються випробуванням на втому на розрив під тиском (R = 0,1). У порівнянні з металевими деталями, особливо з деталями з алюмінієвого сплаву, деталі з вуглецевого волокна мають чудові втомлювальні властивості. У сфері автомобільних шасі тощо карбонові композити мають кращі переваги в застосуванні. У той же час, ефект вуглецевого волокна практично відсутній. Крива SN для виїмчастого тесту така ж, як і для незарізаного тесту протягом усього терміну служби більшості ламінатів з вуглецевого волокна.

5. Відновлюваність

В даний час зріла матриця з вуглецевого волокна виготовлена ​​з термореактивної смоли, яку важко видобувати та використовувати знову після затвердіння та зшивання. Тому складність відновлення вуглецевого волокна є одним з вузьких місць промислового розвитку, а також технічною проблемою, яку необхідно терміново вирішити для широкомасштабного застосування. В даний час більшість методів переробки вдома та за кордоном мають високі витрати і їх важко піддавати промисловій промисловості. Вуглецеве волокно Walter активно досліджує рішення для вторинної переробки, завершило ряд зразків пробного виробництва, ефект відновлення хороший, з умовами масового виробництва.

Висновок

У порівнянні з традиційними металевими матеріалами, матеріали з вуглецевого волокна мають унікальні переваги в механічних властивостях, легкій вазі, характеристиці та стійкості до втоми. Однак його ефективність виробництва та важке відновлення все ще є вузькими місцями для його подальшого застосування. Вважається, що вуглецеве волокно буде використовуватися все більше разом з інноваціями технологій та процесів.


Час публікації: 07.07.2021