ההבדל בין סיבי פחמן למתכת.

בין חומרים רבים, חומרי סיבי פחמן מרוכבים (CFRP) קיבלו יותר ויותר תשומת לב בגלל החוזק הספציפי המעולה שלהם, הקשיחות הספציפית, העמידות בפני קורוזיה ועמידותם בפני עייפות.

המאפיינים השונים בין חומרים מרוכבים של סיבי פחמן לחומרי מתכת מספקים למהנדסים גם רעיונות עיצוב שונים.

להלן השוואה פשוטה בין חומרים מרוכבים של סיבי פחמן לבין מאפייני מתכת מסורתיים והבדלים.

1. קשיחות ספציפית וחוזק ספציפי

בהשוואה לחומרי מתכת, לחומרי סיבי פחמן יש קל משקל, חוזק ספציפי גבוה ונוקשות ספציפית.המודולוס של סיבי פחמן על בסיס שרף גבוה מזה של סגסוגת אלומיניום, והחוזק של סיבי פחמן על בסיס שרף גבוה בהרבה מזה של סגסוגת אלומיניום.

2. יכולת עיצוב

חומרי מתכת הם בדרך כלל כולם מאותו המין, יש תופעת תשואה או תשואה מותנית.ולסיבי הפחמן החד-שכבתי יש כיווניות ברורה.

המאפיינים המכניים לאורך כיוון הסיבים גבוהים ב-1 ~ 2 סדרי גודל מאלו שלאורך כיוון הסיבים האנכיים ותכונות הגזירה האורך והרוחבי, ועקומות המתח-מתח הן אלסטיות ליניאריות לפני שבר.

לכן, חומר סיבי הפחמן יכול לבחור את זווית הנחת, יחס הנחת ורצף הנחת השכבה החד-שכבתית באמצעות תיאוריית לוחות הלמינציה.על פי מאפייני חלוקת העומס, ניתן להשיג את ביצועי הקשיחות והחוזק על ידי עיצוב, בעוד שחומרי מתכת מסורתיים ניתנים לעיבוי בלבד.

במקביל, ניתן לקבל את הקשיחות והחוזק הנדרשים במישור וכן את קשיחות הצימוד הייחודית במישור ומחוץ למישור.

3. עמידות בפני קורוזיה

בהשוואה לחומרי מתכת, לחומרי סיבי פחמן יש עמידות לחומצה ואלקלי חזקה.סיבי פחמן הם מבנה מיקרו-גבישי הדומה לקריסטל גרפיט הנוצר בגרפיטיזציה בטמפרטורה גבוהה של 2000-3000 מעלות צלזיוס, בעל עמידות גבוהה בפני קורוזיה בינונית, עד 50% חומצה הידרוכלורית, חומצה גופרתית או חומצה זרחתית, המודול האלסטי, החוזק והקוטר נשארים ללא שינוי.

לכן, כחומר חיזוק, לסיבי פחמן יש מספיק ערבות בעמידות בפני קורוזיה, שרף מטריצה ​​שונה בעמידות בפני קורוזיה שונה.

בדומה לאפוקסי הנפוץ המחוזק בסיבי פחמן, לאפוקסי יש עמידות טובה יותר במזג האוויר ועדיין שומר על חוזקו היטב.

4. אנטי עייפות

מתח הדחיסה ורמת המתח הגבוהה הם הגורמים העיקריים המשפיעים על תכונות העייפות של חומרים מרוכבים של סיבי פחמן.תכונות העייפות נתונות לרוב למבחני עייפות בלחץ (R=10) וללחץ מתיחה (r=-1), בעוד שהחומרים המתכתיים נתונים לבדיקות עייפות מתיחה בלחץ (R=0.1).בהשוואה לחלקי מתכת, במיוחד חלקי סגסוגת אלומיניום, לחלקי סיבי פחמן יש תכונות עייפות מצוינות.בתחום שלדות רכב וכן הלאה, לחומרי סיבי פחמן יש יתרונות יישום טובים יותר.יחד עם זאת, אין כמעט אפקט חריץ בסיבי פחמן.עקומת ה-SN של מבחן המחורצים זהה לזו של המבחן הלא מחורץ בכל החיים של רוב סיבי הפחמן לרבד.

5. יכולת השחזור

נכון להיום, מטריצת סיבי הפחמן הבוגרים עשויה משרף תרמוסטי, שקשה לחלץ ולהשתמש בו שוב לאחר אשפרה והצלבה.לכן, הקושי של שחזור סיבי פחמן הוא אחד מצווארי הבקבוק של הפיתוח התעשייתי, וגם בעיה טכנית שצריכה להיפתר בדחיפות ליישום בקנה מידה גדול.כיום, לרוב שיטות המיחזור בבית ובחו"ל יש עלויות גבוהות וקשה לתעשייתן.סיבי פחמן וולטר בוחן באופן פעיל פתרונות הניתנים למחזור, השלים מספר דוגמאות של ייצור ניסוי, השפעת ההתאוששות טובה, עם תנאי ייצור המוני.

סיכום

בהשוואה לחומרי מתכת מסורתיים, לחומרי סיבי פחמן יתרונות ייחודיים בתכונות מכניות, קל משקל, יכולת עיצוב ועמידות בפני עייפות.עם זאת, יעילות הייצור שלו והתאוששות קשה הם עדיין צווארי הבקבוק של היישום הנוסף שלו.מאמינים שסיבי פחמן ישמשו יותר ויותר יחד עם חדשנות הטכנולוגיה והתהליך.