Среди многих материалов все больше внимания уделяется композитам из углеродного волокна (CFRP) из-за их превосходной удельной прочности, удельной жесткости, коррозионной стойкости и усталостной стойкости.
Различные характеристики композитов из углеродного волокна и металлических материалов также дают инженерам различные дизайнерские идеи.
Ниже будет простое сравнение характеристик и различий между композитами из углеродного волокна и традиционными металлами.
1. Удельная жесткость и удельная прочность.
По сравнению с металлическими материалами материалы из углеродного волокна имеют легкий вес, высокую удельную прочность и удельную жесткость.Модуль углеродного волокна на основе смолы выше, чем у алюминиевого сплава, а прочность углеродного волокна на основе смолы намного выше, чем у алюминиевого сплава.
2. Дизайнерство
Металлические материалы обычно одного пола, существует явление урожайности или условной доходности.А однослойное углеродное волокно имеет очевидную направленность.
Механические свойства вдоль направления волокон на 1 ~ 2 порядка выше, чем свойства вдоль вертикального направления волокон, а также свойства продольного и поперечного сдвига, а кривые растяжения-деформации до разрушения являются линейно упругими.
Таким образом, материал из углеродного волокна может выбирать угол укладки, соотношение укладки и последовательность укладки однослойного материала с помощью теории ламинирующей пластины.В соответствии с характеристиками распределения нагрузки, жесткость и прочностные характеристики можно получить путем проектирования, в то время как традиционные металлические материалы можно только утолщать.
В то же время можно получить требуемую жесткость и прочность в плоскости, а также уникальную жесткость муфты в плоскости и вне плоскости.
3. Коррозионная стойкость
По сравнению с металлическими материалами материалы из углеродного волокна обладают сильной устойчивостью к кислотам и щелочам.Углеродное волокно представляет собой микрокристаллическую структуру, подобную кристаллу графита, образующуюся путем графитизации при высокой температуре 2000-3000 °С, обладающую высокой стойкостью к средней коррозии, в соляной кислоте с содержанием до 50%, серной кислоте или фосфорной кислоте, модулем упругости, прочность и диаметр остаются практически неизменными.
Таким образом, как армирующий материал, углеродное волокно имеет достаточную гарантию коррозионной стойкости, разные матричные смолы по коррозионной стойкости отличаются.
Как и обычная эпоксидная смола, армированная углеродным волокном, эпоксидная смола обладает лучшей устойчивостью к атмосферным воздействиям и при этом хорошо сохраняет свою прочность.
4. Против усталости
Деформация сжатия и высокий уровень деформации являются основными факторами, влияющими на усталостные свойства композитов из углеродного волокна.Усталостные свойства обычно подвергают испытаниям на усталость под давлением (R = 10) и на растяжение (r = -1), тогда как металлические материалы подвергают испытаниям на усталость на растяжение под давлением (R = 0,1).По сравнению с металлическими деталями, особенно деталями из алюминиевых сплавов, детали из углеродного волокна обладают превосходными усталостными свойствами.В области автомобильных шасси и т. д. композиты из углеродного волокна имеют лучшие преимущества в применении.При этом в углеродном волокне практически отсутствует эффект надреза.Кривая SN испытания с надрезом такая же, как и кривая испытания без надреза в течение всего срока службы большинства ламинатов из углеродного волокна.
5. Возможность восстановления
В настоящее время зрелая матрица углеродного волокна изготовлена из термореактивной смолы, которую трудно извлечь и использовать повторно после отверждения и сшивки.Таким образом, сложность восстановления углеродного волокна является одним из узких мест промышленного развития, а также технической проблемой, которую необходимо срочно решить для крупномасштабного применения.В настоящее время большинство методов переработки в стране и за рубежом имеют высокие затраты и их трудно внедрить в промышленность.Углеродное волокно Walter активно изучает решения, пригодные для вторичной переработки, завершило ряд образцов пробного производства, эффект восстановления хороший, в условиях массового производства.
Заключение
По сравнению с традиционными металлическими материалами материалы из углеродного волокна обладают уникальными преимуществами в механических свойствах, легкости, технологичности и усталостной прочности.Однако эффективность его производства и сложность извлечения по-прежнему остаются узкими местами для его дальнейшего применения.Считается, что углеродное волокно будет использоваться все больше и больше вместе с инновациями в технологиях и процессах.
Время публикации: 07 июля 2021 г.