Med številnimi materiali se vse več pozornosti posveča kompozitom iz ogljikovih vlaken (CFRP) zaradi njihove odlične specifične trdnosti, specifične togosti, odpornosti proti koroziji in odpornosti proti utrujenosti.
Različne lastnosti kompozitov iz ogljikovih vlaken in kovinskih materialov dajejo inženirjem tudi različne oblikovalske zamisli.
Sledi preprosta primerjava med kompoziti iz ogljikovih vlaken ter značilnostmi in razlikami tradicionalnih kovin.
1. Specifična togost in specifična trdnost
V primerjavi s kovinskimi materiali so materiali iz ogljikovih vlaken lahki, imajo visoko specifično trdnost in specifično togost.Modul ogljikovih vlaken na osnovi smole je višji od modula aluminijeve zlitine, trdnost ogljikovih vlaken na osnovi smole pa je veliko višja od trdnosti aluminijeve zlitine.
2. Oblikovnost
Kovinski materiali so običajno vsi istega spola, obstaja pojav donosa ali pogojnega donosa.In enoslojna ogljikova vlakna imajo očitno usmerjenost.
Mehanske lastnosti vzdolž smeri vlaken so za 1 ~ 2 reda velikosti višje od tistih vzdolž navpične smeri vlaken ter vzdolžnih in prečnih strižnih lastnosti, krivulje napetosti in deformacije pa so linearno elastične pred zlomom.
Zato lahko material iz ogljikovih vlaken izbere kot polaganja, razmerje polaganja in zaporedje polaganja enoslojne s pomočjo teorije laminacijske plošče.V skladu z značilnostmi porazdelitve obremenitve se lahko togost in trdnost dosežejo z zasnovo, medtem ko se tradicionalni kovinski materiali lahko samo zgostijo.
Istočasno je mogoče doseči zahtevano togost in trdnost v ravnini ter edinstveno togost sklopke v ravnini in zunaj ravnine.
3. Odpornost proti koroziji
V primerjavi s kovinskimi materiali imajo materiali iz ogljikovih vlaken močno kislinsko in alkalno odpornost.Ogljikova vlakna so mikrokristalna struktura, podobna grafitnemu kristalu, ki nastane z grafitizacijo pri visoki temperaturi 2000-3000 °C, ki ima visoko odpornost na srednjo korozijo, v do 50% klorovodikovi kislini, žveplovi kislini ali fosforni kislini, modul elastičnosti, trdnost in premer ostaneta v osnovi nespremenjena.
Zato ima ogljikova vlakna kot ojačitveni material dovolj jamstva za odpornost proti koroziji, različna matrična smola pa je glede odpornosti proti koroziji drugačna.
Tako kot običajni epoksid, ojačan z ogljikovimi vlakni, ima epoksi boljšo odpornost na vremenske vplive in še vedno dobro ohranja svojo trdnost.
4. Proti utrujenosti
Kompresijska deformacija in visoka stopnja deformacije sta glavna dejavnika, ki vplivata na lastnosti utrujenosti kompozitov iz ogljikovih vlaken.Lastnosti utrujanja so običajno podvržene preskusom utrujenosti pod tlakom (R = 10) in nateznim tlakom (r = -1), medtem ko so kovinski materiali podvrženi preskusom natezne utrujenosti pod tlakom (R = 0,1).V primerjavi s kovinskimi deli, zlasti deli iz aluminijevih zlitin, imajo deli iz ogljikovih vlaken odlične lastnosti utrujenosti.Na področju avtomobilskih šasij in tako naprej imajo kompoziti iz ogljikovih vlaken boljše prednosti uporabe.Hkrati pri ogljikovih vlaknih skorajda ni učinka zareze.Krivulja SN testa z zarezo je enaka krivulji testa brez zareze v celotni življenjski dobi večine laminatov iz ogljikovih vlaken.
5. Popravljivost
Trenutno je zrela matrica iz ogljikovih vlaken izdelana iz termoreaktivne smole, ki jo je težko ekstrahirati in ponovno uporabiti po strjevanju in zamreženju.Zato je težava pri obnavljanju ogljikovih vlaken eno od ozkih grl industrijskega razvoja in tudi tehnični problem, ki ga je treba nujno rešiti za uporabo v velikem obsegu.Trenutno ima večina metod recikliranja doma in v tujini visoke stroške in jih je težko industrializirati.Walter ogljikovih vlaken aktivno raziskuje rešitve, ki jih je mogoče reciklirati, dokončal je številne vzorce poskusne proizvodnje, učinek predelave je dober, s pogoji množične proizvodnje.
Zaključek
V primerjavi s tradicionalnimi kovinskimi materiali imajo materiali iz ogljikovih vlaken edinstvene prednosti v mehanskih lastnostih, lahki teži, oblikovanju in odpornosti proti utrujenosti.Vendar sta njegova proizvodna učinkovitost in težka predelava še vedno ozka grla njegove nadaljnje uporabe.Verjame se, da se bodo ogljikova vlakna vse bolj uporabljala skupaj z inovacijami tehnologije in postopkov.
Čas objave: 7. julij 2021