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碳纤维与铝

文章出处:人气:-发表时间:2020-11-03 10:15【

  碳纤维在越来越多的应用中正在取代铝,并且在过去的几十年中一直在这样做。这些纤维以其非凡的强度和刚度而闻名,而且还非常轻巧。碳纤维线束与各种树脂结合以形成复合材料。这些复合材料利用了纤维和树脂的特性。

  

微信截图_20201103101634.png

  碳纤维与铝的实测

  

  以下是用于比较两种材料的不同属性的定义:

  

  弹性模量 =材料的“刚度”。材料的应力与应变之比。材料在其弹性区域中的应力与应变曲线的斜率。

  

  极限抗拉强度=材料在断裂之前可以承受的最大应力。

  

  密度=材料的单位体积质量。

  

  比刚度 =弹性模量除以材料密度。用于比较密度不同的材料。

  

  比抗张强度=抗张强度除以材料密度。

  

  考虑到这些信息,下表比较了碳纤维和铝。

  

  注意:许多因素都会影响这些数字。这些是概括;不是绝对的测量。例如,可获得具有更高的刚度或强度的不同碳纤维材料,通常在权衡其他性能的降低方面。

  

  该图表明,碳纤维的比抗张强度约为铝的3.8倍,比刚度为铝的1.71倍。

  

  碳纤维和铝的热性能比较

  

  显示碳纤维和铝之间差异的另外两个属性是热膨胀和导热率。

  

  热膨胀描述了温度变化时材料尺寸的变化。

  

  

  

  铝的热膨胀约为碳纤维的六倍。

  

  利弊

  

  在设计先进的材料和系统时,工程师必须确定对于特定应用最重要的材料属性。当高强度对重量或高刚性对重量很重要时,碳纤维是显而易见的选择。在结构设计方面,当增加重量会缩短使用寿命或导致性能下降时,设计人员应将碳纤维视为更好的材料。

  

  碳纤维的低热膨胀特性在创建要求高精度,在温度波动的条件下具有尺寸稳定性的产品时具有显着优势,例如光学设备,3D扫描仪,望远镜等。

  

  使用碳纤维也有一些缺点。碳纤维不屈服。在负载下,碳纤维会弯曲,但不会永久符合新形状(弹性)。一旦超过碳纤维材料的极限抗拉强度,碳纤维就会突然失效。工程师必须了解这种行为,并包括安全因素以在设计产品时对此进行考虑。碳纤维零件的价格也比铝贵得多,这是因为生产碳纤维的成本高昂,并且在制造高质量复合零件方面具有丰富的技能和经验。


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