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碳纖維材料和鋼材哪個更強(qiáng)全面了解碳纖維材料的常見應(yīng)用
碳纖維材料材料在生活中應(yīng)用廣泛,也有很多客戶提出碳纖維材料跟鋼材哪個更好,那么我們通過下面這篇文章來詳細(xì)了解一下吧!
一、碳纖維材料和鋼材哪個更強(qiáng)
1.碳纖維是由92%甚至更高的碳元素構(gòu)成,由于其獨特的晶體結(jié)構(gòu)而具有高拉伸強(qiáng)度。它通過與聚合物基體復(fù)合,而被廣泛用于制造輕質(zhì)高強(qiáng)的復(fù)合材料零件。碳的物理性質(zhì)使碳纖維非常堅固且堅硬,通常而言PAN基碳纖維的彈性模量(材料抗變形的度量)在150-700GPA之間。
2.碳纖維力學(xué)性能范圍之所以廣泛,是因為可以通過其制造過程工藝調(diào)控來調(diào)整剛度和強(qiáng)度。碳纖維的拉伸強(qiáng)度是所有已知可用材料中最高的。雖然包括鋼在內(nèi)的許多材料可以具有高的剛度和拉伸強(qiáng)度,但是碳纖維的真正好處是強(qiáng)度高但密度低,因此具有比強(qiáng)度高的優(yōu)點。這使得碳纖維材料具有高的抗張強(qiáng)度,同時又輕巧。
3.在一些典型應(yīng)用如航空航天、地面車輛、風(fēng)力發(fā)電機(jī)中,較重的材料會消耗更多的能量,隨著時間的流逝會造成更大的磨損,因此上述領(lǐng)域中碳纖維優(yōu)勢明顯,并獲得了廣泛應(yīng)用。
4.因為鋼的高彈性模量約為200GPa,長期以來,鋼一直是各類結(jié)構(gòu)用首選材料。這種高剛性及其相對豐富的特性使其成為一種無處不在的制造材料。但鋼的密度約為8g每立方米,其重量可能會帶來很大負(fù)擔(dān),尤其是與碳纖維相比,在提供相同的高剛度同時,鋼的重量大約是碳纖維材料重量的4-5倍。而從材料拉伸強(qiáng)度而言,鋼的拉伸強(qiáng)度300-600MPa也明顯低于PAN基碳纖維的3000-7000MPa。
二、碳纖維有哪些常見應(yīng)用
1.碳纖維可用于生產(chǎn)各種各樣的產(chǎn)品。任何需要堅固、輕巧的部件都是碳纖維復(fù)合材料的理想選擇。它們是手機(jī)殼的熱門選擇,因為它們提供了很高的保護(hù)等級,可防止損壞。
2.它們越來越多地用于無人機(jī)和無人駕駛飛機(jī)(UAV),這些飛機(jī)的重量輕、結(jié)構(gòu)輕、載荷大。在汽車工業(yè)中,碳纖維技術(shù)進(jìn)步有潛力將汽車的重量減少近一半,而且,碳纖維不會受到鋼或鋁的熱膨脹的影響。
3.醫(yī)學(xué)成像臺受益于碳纖維的強(qiáng)度和剛度,即使在高劑量的X射線和伽瑪射線照射后,也能在負(fù)載下保持臨界尺寸而不會隨時間推移而破裂,因此也成為碳纖維近年來應(yīng)用的熱點。
4.建筑加固領(lǐng)域,碳纖維布加固具有抗拉強(qiáng)度高、基本不增加自重、施工簡單等特點。工業(yè)與民用建筑中鋼筋混凝土梁、板、柱、剪力墻結(jié)構(gòu),橋梁涵洞、隧道、襯砌、鋼筋混凝土煙囪、筒倉、池罐側(cè)壁等,因結(jié)構(gòu)損傷承載力不足及改變,且鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度等級不小于C15,且長期使用的環(huán)境溫度不高于60℃的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu),都可采用碳纖維加固施工工法加固、補強(qiáng)。
5.長期以來,金屬鋼材料廣泛用來制造堅固、持久的結(jié)構(gòu)。與之相比,碳纖維則是一種相對較新的結(jié)構(gòu)材料,但其性能優(yōu)異且令人印象深刻,因此對鋼材料構(gòu)成了很大的威脅。盡管鋼是可靠的材料,但碳纖維制造技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用范圍愈來愈廣泛,使其成為鋼材料的有力替代品。
總結(jié):以上文章就是關(guān)于碳纖維材料的常見應(yīng)用,詳細(xì)大家看完會對這個產(chǎn)品有一定的了解,如果還有什么不懂得地方,歡迎大家咨詢我們!