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如何理性看待“碳纖維比金屬強”?如何理性采用碳纖維?碳纖維近來被過度夸大其應(yīng)用場景。
1)抗拉性能:碳纖維由細而緊密編織的碳絲組成,這些碳絲沿特定方向排列。這種纖維取向沿纖維長度提供了卓越的強度,使碳纖維復合材料能夠承受高拉力,意味著它可以抵抗拉力或拉伸力而不會斷裂。因此用其所長,以正確的方向加載設(shè)計得當,可以設(shè)計許多結(jié)構(gòu),并且大多數(shù)是在一個方向上,如用于飛機、一級方程式賽車、自行車、網(wǎng)球拍、飛機機翼及內(nèi)胎等。
但是其抗壓性能我們需要理性看待,因纖維都朝著一個方向前進,橫向沒有強度,所以容易分裂。如深海潛艇之類的需要有抗壓性能的產(chǎn)品就不能發(fā)揮碳纖維的優(yōu)勢特性。
2)彈性范圍受限:容易發(fā)生脆性破壞,因此受脈沖負載能力較較差
3)碳纖維的尺寸溫定性好,只是和塑料比較,而如果和金屬對比,情況則有所差異。如金屬在一定的溫度范圍內(nèi)的性能是可測可量而且都是被廣泛知道的,所以在設(shè)計時會考慮這一特性而合理避開或者補償。但是對于碳纖維復合材料來說,其溫度的穩(wěn)定性取決于多種因素因此而沒有標準,這對于設(shè)計師來說是件難以控制和處理的事情。
4)可回收性:金屬可加收,CF的回收不簡單成本也不低,而且回收的利用價值也不樂觀。
5)設(shè)計難度:CF的故障模式,只有災(zāi)難性的。作為一個設(shè)計元素,這確實很困難——要么它有效,要么它是碎片。從正常模式到故障模式的轉(zhuǎn)變是突然的,并且在某種程度上是不可預(yù)測的 - 這反過來意味著您必須過度設(shè)計(大的安全裕度),以便永遠不會調(diào)用故障模式。相反,如果您將它用于能量吸收,那么它可以吸收大量的能量,但這將涉及無法修復的情況 如果要設(shè)計它的能量吸收,剛好弱到變形但不會失敗,這通常牽涉到不可預(yù)測的大范圍負載變化。
因此碳纖維和金屬各有所長,我們理性發(fā)揮其材料特性優(yōu)勢,而并不是宣講一材料好就能完全替代另一種材料。