炭素繊維と金属の違い。

多くの材料の中で、炭素繊維複合材料(CFRP)は、その優れた比強度、比剛性、耐食性、および耐疲労性のためにますます注目されています。

炭素繊維複合材料と金属材料の異なる特性は、エンジニアに異なる設計アイデアを提供します。

以下は、炭素繊維複合材料と従来の金属の特性および違いとの簡単な比較です。

1.比剛性と比強度

金属材料と比較して、炭素繊維材料は軽量で比強度が高く、比剛性があります。樹脂系炭素繊維の弾性率はアルミニウム合金よりも高く、樹脂系炭素繊維の強度はアルミニウム合金よりもはるかに高い。

2.設計性

金属材料は通常すべて同性であり、降伏または条件付き降伏現象があります。そして、単層炭素繊維は明らかな指向性を持っています。

繊維方向に沿った機械的特性は、垂直繊維方向に沿ったものよりも1〜2桁高く、縦方向および横方向のせん断特性であり、応力-ひずみ曲線は破壊前の線形弾性です。

したがって、炭素繊維材料は、積層板理論により、単層の敷設角度、敷設比、および敷設順序を選択することができます。荷重分布の特性に応じて、設計により剛性と強度の性能を得ることができますが、従来の金属材料は厚くすることしかできません。

同時に、必要な面内剛性と強度、および固有の面内および面外結合剛性を得ることができます。

3.耐食性

金属材料と比較して、炭素繊維材料は強い耐酸性および耐アルカリ性を持っています。炭素繊維は、2000〜3000°Cの高温で黒鉛化によって形成されたグラファイト結晶に似た微結晶構造であり、最大50%の塩酸、硫酸、またはリン酸、弾性率、強度と直径は基本的に変わりません。

したがって、補強材として、炭素繊維は耐食性に十分な保証があり、耐食性の異なるマトリックス樹脂は異なります。

一般的な炭素繊維強化エポキシと同様に、エポキシは耐候性に優れており、強度を十分に維持します。

4.抗倦怠感

圧縮ひずみと高ひずみレベルは、炭素繊維複合材料の疲労特性に影響を与える主な要因です。疲労特性は通常、圧力(R = 10)および引張圧力(r = -1)での疲労試験にかけられ、金属材料は圧力(R = 0.1)での引張疲労試験にかけられます。金属部品、特にアルミニウム合金部品と比較して、炭素繊維部品は優れた疲労特性を備えています。自動車のシャーシなどの分野では、炭素繊維複合材料の方が用途に優れています。同時に、炭素繊維にはノッチ効果はほとんどありません。ノッチ付きテストのSN曲線は、ほとんどの炭素繊維ラミネートの全寿命におけるノッチなしテストのSN曲線と同じです。

5.回復可能性

現在、成熟した炭素繊維マトリックスは熱硬化性樹脂でできており、硬化および架橋後に抽出して再利用することは困難です。したがって、炭素繊維の回収の難しさは、産業開発のボトルネックの1つであり、大規模なアプリケーションでは緊急に解決する必要のある技術的な問題でもあります。現在、国内外のリサイクル方法の多くはコストが高く、工業化が困難です。Walter炭素繊維は、リサイクル可能なソリューションを積極的に模索しており、大量生産の条件で、試行生産の多くのサンプルを完了し、回復効果は良好です。

結論

従来の金属材料と比較して、炭素繊維材料は、機械的特性、軽量、設計性、および耐疲労性において独自の利点があります。ただし、その生産効率と困難な回復は、依然としてそのさらなるアプリケーションのボトルネックです。炭素繊維は、技術やプロセスの革新とともにますます使用されると考えられています。


投稿時間:7月7日-2021年

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