Entre muchos materiales, se ha prestado cada vez más atención a los compuestos de fibra de carbono (CFRP) por su excelente resistencia específica, rigidez específica, resistencia a la corrosión y resistencia a la fatiga.
Las diferentes características entre los compuestos de fibra de carbono y los materiales metálicos también brindan a los ingenieros diferentes ideas de diseño.
La siguiente será una comparación simple entre los compuestos de fibra de carbono y las características y diferencias de los metales tradicionales.
1. Rigidez específica y resistencia específica
En comparación con los materiales metálicos, los materiales de fibra de carbono son livianos, tienen una alta resistencia específica y una rigidez específica.El módulo de la fibra de carbono a base de resina es mayor que el de la aleación de aluminio, y la resistencia de la fibra de carbono a base de resina es mucho mayor que la de la aleación de aluminio.
2. Diseñabilidad
Los materiales metálicos suelen ser todos del mismo sexo, existe un fenómeno de fluencia o de fluencia condicional.Y la fibra de carbono de una sola capa tiene una directividad obvia.
Las propiedades mecánicas a lo largo de la dirección de la fibra son 1 ~ 2 órdenes de magnitud mayores que las de la dirección vertical de la fibra y las propiedades de corte longitudinal y transversal, y las curvas tensión-deformación son elásticas lineales antes de la fractura.
Por lo tanto, el material de fibra de carbono puede seleccionar el ángulo de colocación, la relación de colocación y la secuencia de colocación de la capa única a través de la teoría de la placa de laminación.De acuerdo con las características de distribución de carga, el rendimiento de rigidez y resistencia se puede obtener mediante diseño, mientras que los materiales metálicos tradicionales solo se pueden espesar.
Al mismo tiempo, se pueden obtener la rigidez y resistencia requeridas en el plano, así como la rigidez de acoplamiento única dentro y fuera del plano.
3. Resistencia a la corrosión
En comparación con los materiales metálicos, los materiales de fibra de carbono tienen una fuerte resistencia a ácidos y álcalis.La fibra de carbono es una estructura microcristalina similar al cristal de grafito formada por grafitización a alta temperatura de 2000-3000 °C, que tiene alta resistencia a la corrosión media, en hasta un 50% de ácido clorhídrico, ácido sulfúrico o ácido fosfórico, el módulo elástico, La resistencia y el diámetro permanecen básicamente sin cambios.
Por lo tanto, como material de refuerzo, la fibra de carbono tiene suficiente garantía en cuanto a resistencia a la corrosión, diferente resina de matriz en cuanto a resistencia a la corrosión es diferente.
Al igual que el epoxi común reforzado con fibra de carbono, el epoxi tiene mejor resistencia a la intemperie y aún mantiene bien su resistencia.
4. Antifatiga
La deformación por compresión y el alto nivel de deformación son los principales factores que influyen en las propiedades de fatiga de los compuestos de fibra de carbono.Las propiedades de fatiga generalmente se someten a ensayos de fatiga bajo presión (R = 10) y presión de tracción (r = -1), mientras que los materiales metálicos se someten a ensayos de fatiga de tracción bajo presión (R = 0,1).En comparación con las piezas metálicas, especialmente las piezas de aleación de aluminio, las piezas de fibra de carbono tienen excelentes propiedades de fatiga.En el campo de los chasis de automóviles, etc., los compuestos de fibra de carbono tienen mejores ventajas de aplicación.Al mismo tiempo, en la fibra de carbono casi no se produce ningún efecto de muesca.La curva SN de la prueba con muescas es la misma que la de la prueba sin muescas durante toda la vida útil de la mayoría de los laminados de fibra de carbono.
5. Recuperabilidad
En la actualidad, la matriz de fibra de carbono madura está hecha de resina termoestable, que es difícil de extraer y utilizar nuevamente después del curado y la reticulación.Por tanto, la dificultad de recuperación de la fibra de carbono es uno de los cuellos de botella del desarrollo industrial, y también un problema técnico que debe resolverse urgentemente para su aplicación a gran escala.En la actualidad, la mayoría de los métodos de reciclaje nacionales y extranjeros tienen costos elevados y son difíciles de industrializar.Walter Carbon Fiber está explorando activamente soluciones reciclables, ha completado una serie de muestras de producción de prueba, el efecto de recuperación es bueno, con condiciones de producción en masa.
Conclusión
En comparación con los materiales metálicos tradicionales, los materiales de fibra de carbono tienen ventajas únicas en cuanto a propiedades mecánicas, peso ligero, diseño y resistencia a la fatiga.Sin embargo, su eficiencia de producción y su difícil recuperación siguen siendo los obstáculos para su futura aplicación.Se cree que la fibra de carbono se utilizará cada vez más junto con la innovación de tecnología y procesos.
Hora de publicación: 07-jul-2021