Monien materiaalien joukossa hiilikuitukomposiitteihin (CFRP) on kiinnitetty yhä enemmän huomiota niiden erinomaisen ominaislujuuden, ominaisjäykkyyden, korroosionkestävyyden ja väsymiskestävyyden vuoksi.
Hiilikuitukomposiittien ja metallimateriaalien erilaiset ominaisuudet tarjoavat myös insinööreille erilaisia suunnitteluideoita.
Seuraavassa on yksinkertainen vertailu hiilikuitukomposiittien ja perinteisten metallien ominaisuuksien ja erojen välillä.
1. Ominaisjäykkyys ja ominaislujuus
Metallimateriaaleihin verrattuna hiilikuitumateriaalit ovat kevyitä, korkea ominaislujuus ja ominaisjäykkyys.Hartsipohjaisen hiilikuidun moduuli on korkeampi kuin alumiiniseoksen, ja hartsipohjaisen hiilikuidun lujuus on paljon korkeampi kuin alumiiniseoksen.
2. Suunniteltavuus
Metallimateriaalit ovat yleensä samaa sukupuolta, on tuotto- tai ehdollinen tuottoilmiö.Ja yksikerroksisella hiilikuidulla on ilmeinen suuntaavuus.
Mekaaniset ominaisuudet kuidun suunnassa ovat 1 - 2 suuruusluokkaa korkeammat kuin pystysuorassa kuidun suunnassa sekä pituus- ja poikittaisleikkausominaisuudet, ja jännitys-venymäkäyrät ovat lineaarisesti elastisia ennen murtumista.
Siksi hiilikuitumateriaali voi valita yksikerroksisen asennuskulman, asettelusuhteen ja asennusjärjestyksen laminointilevyteorian kautta.Kuormanjakauman ominaisuuksien mukaan jäykkyys ja lujuus voidaan saavuttaa suunnittelulla, kun taas perinteiset metallimateriaalit voidaan vain paksuntaa.
Samalla voidaan saavuttaa vaadittu tason sisäinen jäykkyys ja lujuus sekä ainutlaatuinen tason sisäinen ja tason ulkopuolinen kytkentäjäykkyys.
3. Korroosionkestävyys
Metallimateriaaleihin verrattuna hiilikuitumateriaalilla on vahva happo- ja alkalinkestävyys.Hiilikuitu on grafiittikiteen kaltainen mikrokiteinen rakenne, joka muodostuu grafitoimalla korkeassa lämpötilassa 2000-3000 °C ja jolla on korkea keskikorroosionkestävyys, jopa 50 % suolahapossa, rikkihapossa tai fosforihapossa, kimmomoduuli, lujuus ja halkaisija pysyvät periaatteessa ennallaan.
Siksi hiilikuidulla on lujitemateriaalina riittävä korroosionkestävyys, eri matriisihartsi korroosionkestävyys on erilainen.
Kuten tavallinen hiilikuituvahvistettu epoksi, epoksi on parempi säänkesto ja säilyttää lujuutensa silti hyvin.
4. Väsymyksen esto
Puristusjännitys ja korkea jännitysaste ovat pääasiallisia hiilikuitukomposiittien väsymisominaisuuksiin vaikuttavia tekijöitä.Väsymisominaisuuksille tehdään yleensä väsymiskokeet paineessa (R = 10) ja vetopaineella (r = -1), kun taas metallimateriaaleille tehdään vetoväsymiskokeet paineessa (R = 0,1).Verrattuna metalliosiin, erityisesti alumiiniseososiin, hiilikuituosilla on erinomaiset väsymisominaisuudet.Autojen alustassa ja niin edelleen hiilikuitukomposiiteilla on parempia käyttöetuja.Samaan aikaan hiilikuidussa ei ole juuri mitään lovivaikutusta.Lovitestin SN-käyrä on sama kuin loveamattoman testin useimpien hiilikuitulaminaattien koko käyttöiän ajan.
5. Palautettavuus
Tällä hetkellä kypsä hiilikuitumatriisi on valmistettu lämpökovettuvasta hartsista, jota on vaikea uuttaa ja käyttää uudelleen kovettumisen ja silloittamisen jälkeen.Siksi hiilikuidun talteenoton vaikeus on yksi teollisen kehityksen pullonkauloista ja myös tekninen ongelma, joka on ratkaistava pikaisesti laajamittaista sovellusta varten.Tällä hetkellä useimmat kierrätysmenetelmät kotimaassa ja ulkomailla ovat kalliita ja niitä on vaikea teollistaa.Walter hiilikuitua tutkii aktiivisesti kierrätettäviä ratkaisuja, on suorittanut useita koetuotantonäytteitä, palautumisvaikutus on hyvä, massatuotannon olosuhteissa.
Johtopäätös
Perinteisiin metallimateriaaleihin verrattuna hiilikuitumateriaaleilla on ainutlaatuisia etuja mekaanisten ominaisuuksien, keveyden, suunnittelun ja väsymisenkestävyyden suhteen.Sen tuotannon tehokkuus ja vaikea talteenotto ovat kuitenkin edelleen sen jatkokäytön pullonkauloja.Hiilikuitua uskotaan tulevan yhä enemmän käyttöön teknologian ja prosessin innovaatioiden myötä.
Postitusaika: 7.7.2021