Czy naprawdę znasz włókno węglowe?
Co to jest włókno węglowe?
włókno węglowe (CF) to nowy rodzaj materiału włóknistego o wysokiej wytrzymałości i wysokim module zawartości węgla powyżej 95%.Wykonany jest z włókien organicznych, takich jak mikrokryształy grafitu płatkowego ułożone w stos wzdłuż osiowego kierunku włókien.Po karbonizacji i grafityzacji otrzymuje się mikrokrystaliczny kamienny materiał atramentowy.Włókno węglowe jest „miękkie na zewnątrz i twarde w środku”, lżejsze niż aluminium, ale mocniejsze niż stal i ma właściwości odporności na korozję, wysoki moduł, jest ważnym materiałem w obronie narodowej i aspektach cywilnych.Ma nie tylko nieodłączne cechy materiału węglowego, ale ma również miękką obrabialność włókna tekstylnego.Jest to nowa generacja wzmocnionego włókna.Włókno węglowe ma wiele doskonałych właściwości, takich jak wysoka wytrzymałość osiowa i moduł, niska gęstość, wysoka wydajność właściwa, brak pełzania, odporność na bardzo wysoką temperaturę w środowisku nieutleniającym, dobra odporność na zmęczenie, ciepło właściwe i przewodnictwo elektryczne między niemetalem a metal, mały współczynnik rozszerzalności cieplnej i anizotropii, dobra odporność na korozję, dobra przepuszczalność promieniowania rentgenowskiego.Dobra przewodność i przewodność cieplna, dobre ekranowanie elektromagnetyczne itp. W porównaniu z tradycyjnym włóknem szklanym moduł Younga włókna węglowego jest ponad 3 razy.W porównaniu z włóknem Kevlar, moduł Younga jest około 2 razy, w rozpuszczalnikach organicznych, kwasach, nierozpuszczalnych zasadach nie rozszerza się, wyjątkowa odporność na korozję.W lutym 2018 r. Chiny niezależnie opracowały pierwszą 100-tonową linię produkcyjną włókna węglowego T1000.
Klasyfikacja sztywności i wytrzymałości włókien węglowych
Moduł sprężystości przy rozciąganiu definiuje się jako „stosunek naprężenia wzdłuż osi (siła na jednostkę powierzchni) do odkształcenia wzdłuż osi (stosunek odkształcenia do długości początkowej)”.Dopóki naprężenie jest mniejsze niż wytrzymałość materiału na rozciąganie, moduł sprężystości przy rozciąganiu można również nazwać sztywnością materiału, która może przewidywać wydłużenie lub ściskanie materiału.Włókna węglowe są klasyfikowane na podstawie modułu sprężystości włókien.Jednostką miary jest funt siły na cal kwadratowy pola przekroju poprzecznego, w skrócie psi (lub ksi dla tysięcy psi i MSI dla milionów psi).Włókno węglowe dzieli się na pięć kategorii: niski moduł, standardowy moduł, średni moduł, wysoki moduł i bardzo wysoki moduł.
Sztywność i wytrzymałość laminowanego arkusza lub płyty epoksydowej z włókna węglowego zależy od następujących czynników:
-Właściwości materiałowe włókna węglowego
- Harmonogram układania włókien (orientacja włókien, rodzaj oplotu i grubość laminatu)
- Stosunek włókna do żywicy
Dla wyważonego, symetrycznego planu warstw 0/90 stopni, dobrym oszacowaniem modułu sprężystości przy rozciąganiu jest 10 MSi (70 GPA).Dla tego samego układu dobre oszacowanie wytrzymałości na rozciąganie wynosi 87 KSI (600 MPA).
Dla porównania, stal ma moduł sprężystości przy rozciąganiu około 29 MSI (200 GPa) i wytrzymałość na rozciąganie 61 KSI (420 MPA).Aluminium ma moduł sprężystości przy rozciąganiu ok.10 MSI (69 GPa) i wytrzymałość na rozciąganie 40 KSI (276 MPA)
Twardość włókna węglowego o bardzo wysokim module sprężystości jest około 3 razy większa niż w przypadku modułu standardowego, ale wytrzymałość nie jest tak dobra jak w przypadku modułu standardowego.Ponadto włókno węglowe ma doskonałą odporność na zmęczenie w porównaniu ze stalą i aluminium.Podobnie, w połączeniu z odpowiednią żywicą, włókno węglowe jest jednym z najbardziej odpornych na korozję materiałów na rynku.
Jak włókno węglowe wypada w porównaniu z innymi materiałami?
Gęstość laminatów z włókna szklanego i kevlaru jest zbliżona do gęstości włókna węglowego.Jednak włókno węglowe jest mocniejsze i twardsze niż włókno szklane lub kevlar
Porównanie właściwości włókna węglowego z innymi materiałami nie zawsze jest łatwe.Istnieje wiele sposobów pomiaru intensywności, co może utrudniać dokonywanie obiektywnych porównań.Jednak patrząc ściśle na konkretny moduł sprężystości i określoną wytrzymałość na rozciąganie, jasne jest, że wytrzymałość nie jest najwyższym priorytetem każdego projektu.Przy wyborze materiałów do projektu często należy wziąć pod uwagę inne czynniki, takie jak elastyczność lub wymagania produkcyjne.Kiedy wytrzymałość, sztywność i waga mają kluczowe znaczenie, włókno węglowe jest często najlepszym wyborem.
Porównanie właściwości włókna węglowego z innymi materiałami nie zawsze jest łatwe.Istnieje wiele sposobów mierzenia intensywności, co utrudnia nam dokonywanie obiektywnych porównań.Jednak przy bliższym przyjrzeniu się modułowi sprężystości właściwej i wytrzymałości właściwej na rozciąganie wybór jest oczywisty.
Siła nie jest najwyższym priorytetem każdego projektu.Przy wyborze materiałów do projektu często należy wziąć pod uwagę inne czynniki, takie jak elastyczność lub wymagania produkcyjne.Kiedy wytrzymałość, sztywność i waga mają kluczowe znaczenie, włókno węglowe jest często najlepszym wyborem.
Jeśli chcesz dowiedzieć się więcej, kliknij tutaj
Czas postu: 17 marca 2023 r