الفرق بين ألياف الكربون والمعدن.

من بين العديد من المواد، تم إيلاء المزيد من الاهتمام لمركبات ألياف الكربون (CFRP) لقوتها المحددة الممتازة، وصلابتها المحددة، ومقاومتها للتآكل، ومقاومة التعب.

كما أن الخصائص المختلفة بين مركبات ألياف الكربون والمواد المعدنية تزود المهندسين بأفكار تصميمية مختلفة.

فيما يلي مقارنة بسيطة بين مركبات ألياف الكربون والخصائص والاختلافات المعدنية التقليدية.

1. صلابة محددة وقوة محددة

بالمقارنة مع المواد المعدنية، تتميز مواد ألياف الكربون بخفة الوزن وقوة محددة عالية وصلابة محددة.معامل ألياف الكربون القائمة على الراتنج أعلى من معامل سبائك الألومنيوم، وقوة ألياف الكربون القائمة على الراتنج أعلى بكثير من سبائك الألومنيوم.

2. القدرة على التصميم

المواد المعدنية عادة ما تكون كلها من نفس الجنس، وهناك ظاهرة العائد أو العائد المشروط.وألياف الكربون أحادية الطبقة لها اتجاهية واضحة.

تكون الخواص الميكانيكية على طول اتجاه الألياف أعلى بمقدار 1 ~ 2 أمر من تلك الموجودة على طول اتجاه الألياف العمودي وخصائص القص الطولية والعرضية، وتكون منحنيات الإجهاد والانفعال مرنة خطيًا قبل الكسر.

ولذلك، يمكن لمادة ألياف الكربون تحديد زاوية التمديد، ونسبة التمديد، وتسلسل وضع الطبقة الواحدة من خلال نظرية لوحة التصفيح.وفقًا لخصائص توزيع الحمل، يمكن الحصول على أداء الصلابة والقوة حسب التصميم، في حين لا يمكن تكثيف المواد المعدنية التقليدية إلا.

وفي الوقت نفسه، يمكن الحصول على الصلابة والقوة المطلوبة داخل الطائرة بالإضافة إلى صلابة الاقتران الفريدة داخل الطائرة وخارجها.

3. مقاومة التآكل

بالمقارنة مع المواد المعدنية، تتمتع مواد ألياف الكربون بمقاومة قوية للأحماض والقلويات.ألياف الكربون عبارة عن هيكل بلوري دقيق يشبه بلورة الجرافيت التي تتكون من الجرافيت عند درجة حرارة عالية تتراوح بين 2000-3000 درجة مئوية، والتي تتمتع بمقاومة عالية للتآكل المتوسط، في ما يصل إلى 50٪ من حمض الهيدروكلوريك أو حمض الكبريتيك أو حمض الفوسفوريك، ومعامل المرونة، القوة والقطر تبقى دون تغيير بشكل أساسي.

لذلك، باعتبارها مادة تقوية، تتمتع ألياف الكربون بضمان كافٍ في مقاومة التآكل، وتختلف راتنجات المصفوفة المختلفة في مقاومة التآكل.

مثل الإيبوكسي الشائع المقوى بألياف الكربون، يتمتع الإيبوكسي بمقاومة أفضل للطقس ولا يزال يحتفظ بقوته بشكل جيد.

4. مكافحة التعب

يعد ضغط الضغط ومستوى الضغط العالي من العوامل الرئيسية التي تؤثر على خصائص التعب لمركبات ألياف الكربون.تخضع خصائص الكلال عادة لاختبارات الكلال تحت الضغط (R = 10) وضغط الشد (r = -1)، بينما تخضع المواد المعدنية لاختبارات الكلال تحت الضغط (R = 0.1).بالمقارنة مع الأجزاء المعدنية، وخاصة أجزاء سبائك الألومنيوم، فإن أجزاء ألياف الكربون لها خصائص إجهاد ممتازة.في مجال هيكل السيارة وما إلى ذلك، تتمتع مركبات ألياف الكربون بمزايا تطبيقية أفضل.وفي الوقت نفسه، لا يوجد تقريبًا أي تأثير على ألياف الكربون.إن منحنى SN للاختبار المحزز هو نفس منحنى الاختبار غير المحزز في كامل عمر معظم شرائح ألياف الكربون.

5. قابلية الاسترداد

في الوقت الحاضر، تتكون مصفوفة ألياف الكربون الناضجة من راتينج متصلد بالحرارة، والذي يصعب استخلاصه واستخدامه مرة أخرى بعد المعالجة والربط المتقاطع.ولذلك، فإن صعوبة استعادة ألياف الكربون هي إحدى اختناقات التنمية الصناعية، وهي أيضًا مشكلة فنية تحتاج إلى حل عاجل للتطبيق على نطاق واسع.في الوقت الحاضر، فإن معظم طرق إعادة التدوير في الداخل والخارج لها تكاليف عالية ويصعب تصنيعها.تعمل شركة Walter Carbon Fiber على استكشاف الحلول القابلة لإعادة التدوير بنشاط، وقد أكملت عددًا من عينات الإنتاج التجريبي، وتأثير الاسترداد جيد، مع ظروف الإنتاج الضخم.

خاتمة

بالمقارنة مع المواد المعدنية التقليدية، تتمتع مواد ألياف الكربون بمزايا فريدة في الخواص الميكانيكية، وخفة الوزن، وقابلية التصميم، ومقاومة التعب.ومع ذلك، فإن كفاءة الإنتاج وصعوبة الاسترداد لا تزال تشكل اختناقات أمام تطبيقه الإضافي.من المعتقد أنه سيتم استخدام ألياف الكربون بشكل متزايد جنبًا إلى جنب مع ابتكار التكنولوجيا والعملية.