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爲什麽要使用碳纖維代替另一種材料？

发布时间:2021-04-06 14:03 | 浏览次数：

原因1：強度

人们会考虑使用碳纖維的主要原因是其高的刚度与重量比。碳纖維非常堅固，非常堅硬並且相對較輕。

材料的刚度通过其彈性模量來衡量。碳纖維的模量通常为34 MSI（234 Gpa）。碳纖維的极限抗拉强度通常为600-700 KSI（4-4.8 Gpa）。将其与模量仅为10 MSI且极限抗拉强度为65 KSI的2024-T3铝或模量为30 MSI且极限抗拉强度为125 KSI的4130鋼进行比较。

由于材料的精制和碳纖維的加工，也可以使用高和超高模量碳纖維或高强度碳纖維。

复合碳纖維部件是碳纖維和树脂（通常是环氧树脂）的组合。碳纖維复合材料部件的强度和刚度将是纤维和树脂的强度和刚度相结合的结果。复合材料部件的局部强度和刚度的大小和方向由层压板中的局部纤维密度和方向控制。

在工程中，典型的是根据结构材料的强度与重量之比（比強度）和剛度與重量之比（比剛度）來量化結構材料的優勢，特別是在重量減輕與性能提高或生命周期成本降低有關的情況下。

由标准模量平纹碳纖維以平衡且对称的0/90叠层制成的碳纖維板的弹性弯曲模量约为10。10 MSI。它的体积密度约为.050 lb / in3。因此，這種材料的剛度重量比或比剛度为200 MSI。90 KSI，因此該材料的比強度为1800 KSI

相比之下，6061鋁的弯曲模量为10 MSI，强度为35 KSI，密度体积为0.10lb。这将产生100 MSI的比剛度和350 KSI的比強度。4130鋼的刚度为30 MSI，强度为125 KSI，密度为0.3 lb / in3。这将产生100 MSI的比剛度和417 KSI的比強度。

材料	比剛度	比強度
碳纖維	200MSI	1800 KSI
6061鋁	100MSI	350 KSI
4130鋼	100MSI微星	417 KSI

因此，即使是基本的平纹碳纖維面板，其比剛度也比铝或钢大2倍。它的比強度是铝的5倍，是钢的4倍以上。

当考虑通过策略性纤维放置来定制碳纖維面板刚度的选项，并且包括使用轻质芯材的夹心结构可能显着提高刚度时，碳纖維复合材料可在多种应用中发挥的优势是显而易见的。具体数字取决于构造和应用的细节。例如，泡沫芯三明治在弯曲时具有极高的强度重量比，但不一定具有压缩或压碎性。此外，任何组件的载荷和边界条件对于特定结构都是唯一的。因此，在不仔细考虑所有设计因素的情况下，不可能提供可以在给定应用中直接替代钢板的碳纖維板的厚度。

碳纖維设计灵活性的一个例子是梁的定制设计，其沿特定轴具有定制的刚度。以沿每个弯曲轴获得最佳刚度。这样的管在抗弯曲性方面类似于工字梁，但仍保留了在管中发现的高扭转刚度。

原因2：低熱膨脹

选择必赢的网址登录碳纖維的一个重要好处是其随温度变化的尺寸稳定性。碳纖維的热膨胀系数每华氏度小于百万分之一英寸，而钢的热膨胀系数为百万分之七英寸/英寸，而铝的热膨胀系数为百万分之一英寸/英寸。

原因3：各向異性

设计复合零件时，不能简单地将碳纖維与钢，铝或塑料的性能进行比较。这些材料具有均质（在所有点上的特性都相同）和各向同性（在所有轴上的特性都相同）。相比之下，碳纖維零件既不是均质的也不是各向同性的。在碳纖維部件中，强度沿纤维的轴线存在，因此纤维密度和方向极大地影响了机械性能。

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