Круг из углеродных волокон диаметром около 10 микрометров. Предоставлено: Никола Ферралис

Исследование началось около четырех лет назад в ответ на запрос Министерства энергетики, которое искало способы сделать автомобили более эффективными и снизить расход топлива за счет снижения их общего веса. «Если вы посмотрите на ту же модель автомобиля сейчас, по сравнению с тем, что было 30 лет назад, вы увидите, что она значительно тяжелее», — говорит Ферралис. «Вес автомобилей в той же категории увеличился более чем на 15 процентов».

Более тяжелая машина требует более мощного двигателя, более сильных тормозов и т. д., поэтому уменьшение веса кузова или других компонентов имеет волновой эффект, который обеспечивает дополнительную экономию веса. Министерство энергетики настаивает на разработке легких конструкционных материалов, которые соответствуют безопасности современных обычных стальных панелей, но при этом могут быть сделаны достаточно дешево, чтобы полностью заменить сталь в стандартных транспортных средствах.

Композиты из углеродных волокон — не новая идея, но до сих пор в автомобильном мире они использовались только в нескольких очень дорогих моделях. Новое исследование направлено на то, чтобы изменить ситуацию, предоставив недорогой исходный материал и относительно простые методы обработки.

Человеческий волос и углеродное волокно с четкой линейкой в ​​нижней половине изображения. Человеческий волос, изображенный в вертикальной ориентации, толще (около 60 микрометров), чем углеродное волокно за ним. Предоставлено: Никола Ферралис

Углеродные волокна качества, необходимого для использования в автомобилях, в настоящее время стоят не менее 10-12 долларов за фунт, говорит Ферралис, и «могут быть намного дороже», до сотен долларов за фунт для специализированного применения, такого как компоненты космических кораблей. Это сопоставимо с примерно 75 центами за фунт стали или 2 долларами за алюминий, хотя эти цены сильно колеблются, а материалы часто зависят от иностранных источников. По его словам, при таких ценах изготовление пикапа из углеродного волокна вместо стали обойдется примерно в два раза дороже.

Эти волокна обычно изготавливают из полимеров (таких как полиакрилонитрил), полученных из нефти, но используют дорогостоящую промежуточную стадию полимеризации углеродных соединений. По словам Ферралиса, стоимость полимера может составлять более 60 процентов от общей стоимости конечного волокна. Вместо того, чтобы использовать для начала очищенный и переработанный нефтепродукт, в новом подходе команды используется то, что по сути представляет собой отбросы, оставшиеся после процесса очистки, материал, известный как нефтяной пек. «Это то, что мы иногда называем дном бочки», — говорит Ферралис.

«Поле невероятно грязное, — говорит он. Это мешанина из смешанных тяжелых углеводородов, и «на самом деле это то, что делает его в некотором роде красивым, потому что существует так много химии, которую можно использовать. Это делает его увлекательным материалом для начала».

Бесполезно для сжигания; хотя он может гореть, это слишком грязное топливо, чтобы быть практичным, и это особенно актуально в условиях ужесточения экологических норм. «Его так много, — говорит он, — внутренняя ценность этих продуктов очень низка, поэтому их часто выбрасывают на свалку». Альтернативным источником пека, который также протестировала команда, является каменноугольный пек, аналогичный материал, являющийся побочным продуктом коксующегося угля, используемый, например, для производства стали. Этот процесс дает около 80 процентов кокса и 20 процентов каменноугольного пека, «что в основном является отходом», — говорит он.

Работая в сотрудничестве с исследователями из Окриджской национальной лаборатории, у которых был опыт производства углеродных волокон в различных условиях, от лабораторных до опытных, команда приступила к поиску способов прогнозирования производительности. для того, чтобы направлять выбор условий для этих экспериментов по изготовлению.

«Процесс производства углеродного волокна [из пека] на самом деле чрезвычайно минимален, как с точки зрения энергетических потребностей, так и с точки зрения фактической обработки, которую вам необходимо выполнить», — говорит Ферралис.

Яна объясняет, что смола «состоит из этого разнородного набора молекул, и вы ожидаете, что если вы измените форму или размер, вы ожидаете, что свойства резко изменятся», тогда как промышленный материал должен иметь очень стабильные свойства.

Тщательно смоделировав способы образования связей и поперечных связей между составляющими молекулами, Яна смогла разработать способ прогнозирования того, как заданный набор условий обработки повлияет на свойства получаемого волокна. «Мы смогли воспроизвести результаты с такой поразительной точностью

Как сделать лист из углеродного волокна — 3 метода — Видеоурок

ОБСУЖДЕНИЕ (27)

Пожалуйста, поделитесь любыми вопросами или комментариями, которые могут у вас возникнуть по поводу этого видеоурока.

Adven Ture 27/11/2021

Как насчет листов, требующих одинакового глянцевого покрытия с обеих сторон?

Easy Composites › Matt

Изготовление двухсторонних А-листов очень сложно. Мы являемся одной из очень немногих компаний, которые предлагают двусторонние листы из углеродного волокна, но для их изготовления у нас есть специально адаптированные пневматические плиточные прессы с подогревом, которые вдавливают препрег из углеродного волокна между листами закаленного стекла. Кроме склеивания двух односторонних листов спиной к спине, я не знаю другого способа надежно изготовить лист из углеродного волокна с двойной стороной А без этого очень специального (и довольно дорогого) оборудования.

Ясин Мулла

Какой из них обладает высокой жесткостью и высокой прочностью?

Easy Composites › Матовый

На жесткость и прочность листа из углеродного волокна больше всего влияет армирование, затем в гораздо меньшей степени полимерная матрица, а затем снова в меньшей степени метод ламинирования. При одинаковом армировании (углеродном волокне) не было бы реальной измеримой разницы между листом, наполненным смолой, и листом препрега. Ламинированный вручную лист показал бы несколько худшие показатели жесткости и прочности из-за меньшей доли волокон (т.е. более высокого содержания смолы) и небольшого количества внутренних пустот.

JOAO FRIATAS

Вы проводили какие-либо испытания с трехосным углеродным волокном?

Easy Composites › Матовый

Да, конечно. Вам действительно не нужно «тестировать» триаксиальный кабель или любую другую ориентацию волокна, вы знаете, что получите. В каждом направлении, в котором у вас выровнено волокно, вы будете добавлять жесткость в этом направлении, но с потерей жесткости в других направлениях. Трехосная ориентация волокна (обычно -45/0/+45) даст вам 1/3 максимально достижимой жесткости по длине (направление 0), а большая часть оставшейся жесткости будет сосредоточена на жесткости при кручении, в то же время делая некоторые отклонения. вклад оси в 0 и 90. Это еще не все, но это основы!

Гэри Шехаб

Можно ли распылять эпоксидную смолу вместо смолы, наносимой кистью?

Easy Composites › Matt

Я не могу придумать много ситуаций, в которых было бы уместно распыление смолы для ламинирования. Во-первых, в процессе ручного ламинирования используется действие кисти, чтобы помочь смочить углеродные волокна. Распыление смолы непосредственно на сухой уголь может привести к тому, что смола просто останется на поверхности волокна и не смачивает его должным образом.

Джавид Шахморадов

Какой тип листового стекла вы используете и какой толщины?

Easy Composites › Матовый

Мы используем закаленное ламинированное стекло толщиной 6 мм для наших листов с заливкой. Для препрег-листа вам понадобится неламинированное стекло.

Майк Саут

Можно ли использовать те же принципы для изготовления листов из льняного волокна?

Easy Composites › Matt

Да, вы можете использовать эти принципы таким образом, чтобы сделать лист из натуральных волокон, таких как лен.

Inacio Horta

Возникают ли проблемы при использовании инфузионной смолы для ламинирования вручную?

Easy Composites › Матовый

Это не большая проблема. Основным недостатком инфузионной смолы по сравнению с ламинирующей смолой для ручного ламинирования является то, что очень низкая вязкость инфузионной смолы приводит к тому, что она «стекает» вниз из армирования при попытке ламинирования на крутых склонах или вертикальных поверхностях, в результате чего смола бассейн/лужа на дне. Для плоских поверхностей это не проблема, и вы можете обнаружить, что инфузионная смола лучше подходит для ручного ламинирования в этой ситуации.

刘亚星

Это углеродное волокно той же прочности, что и суперкар?

Easy Composites › Matt

По сути, это то же углеродное волокно, которое используется в некоторых суперкарах. Они, как правило, используют процессы препрега или инфузии смолы (или производные от этих процессов), но, да, это, по сути, одно и то же.

карбон xc

Готовые листы кажутся достаточно эластичными, существует ли стандартное испытание на растяжение?

Easy Composites › Матовый

Вероятно, это просто внешний вид этих листов при их относительно небольшой толщине. Углерод, конечно, очень высокомодульный материал; однако, когда лист очень тонкий и вы его сгибаете, вы просите волокна сверху и снизу удлиниться только на крошечные доли процента, что сделает даже углерод. Существует множество стандартных тестов для композитных материалов — в Easy Composites у нас есть полностью оборудованная современная испытательная лаборатория, где мы можем проводить практически любые тесты ISO/ASTM (модуль растяжения, предел прочности при растяжении, сдвиг, отслаивание, 3 точечный изгиб и др.). Мы планируем начать снимать несколько видеороликов с использованием оборудования в лаборатории, так что вы, вероятно, найдете их интересными. Что бы это ни стоило, вы не увидите почти никакой разницы в модуле растяжения или прочности на разрыв между любыми листами, изготовленными в этом видео, потому что эти два свойства почти полностью определяются механическими свойствами волокна. Поскольку сухие ткани и наши препреги изготовлены из одних и тех же волокон, они показали почти одинаковые результаты при испытаниях на растяжение. Важнейшим фактором из всех будет ориентация волокна, при которой UD намного превзойдет плетение или ориентацию смещения +/- 45°C просто из-за того факта, что все волокна проходят в направлении, в котором выполняется испытание.

Anil Kumar V J

мы производим композитный ламинат в сочетании углеродных и стеклянных тканей?

Easy Composites › Matt

Для мокрой укладки или заливки смолы вы должны использовать ту же эпоксидную смолу. Для производства предварительно прег-листов самой большой проблемой будет найти источник препрега из стекловолокна, поскольку он не очень распространен.

brian boddecker

Какой толщины можно изготавливать листы из углеродного волокна методом инфузии?

Easy Composites › Matt

Теоретически вы можете сделать листы очень толстыми — 10 мм и более — однако сложность заключается в том, чтобы обеспечить возможность проникновения смолы по всей стопке ткани, что может зависеть от множества факторов, таких как текучесть размещение среды, насколько рыхлым или плотным является переплетение ткани, вязкость и т. д. Вы также должны убедиться, что смола достаточно медленно отвердевает, чтобы дать время для полного смачивания волокна инфузией до того, как оно начнет гелеобразовать/отвердевать.

GREGOR OSSAS

Я хочу изготовить карбоновую пластину 400×400 мм толщиной 4 мм, какие материалы мне понадобятся?

Easy Composites › Матовый

Полностью зависит от метода, который вы собираетесь использовать, и предпочтений в отношении типов ткани. Наши ткани имеют толщину, указанную в спецификации ткани, поэтому вы можете легко использовать ее, чтобы определить, сколько слоев вам нужно. Мы рекомендуем использовать более толстые ткани 450 г/м² и 650 г/м² для некоторых внутренних слоев, так как это отличный способ увеличить толщину с меньшим количеством фактических слоев, а также по пропорционально более низкой цене. Более тонкие детали укладки зависят от ваших предпочтений и потребностей, например, как в видео, вы можете добавить немного углеродной биаксиальной ткани для улучшения жесткости на кручение.

Ярко Конненен

Как лучше всего сделать лист с одинаковой идеальной зеркальной полировкой с обеих сторон?

Easy Composites › Матовый

Вы можете сделать это с препрегом за один раз, поместив препрег между двумя листами стекла, при условии, что вы используете подходящий препрег OOA (из автоклава), такой как наш EasyPreg. Альтернативным методом может быть изготовление двух односторонних листов, отделанных кожурой, а затем склеивание их спиной к спине.

Rami Rouhana

Является ли образец препрега таким же прочным, как образец вакуумной инфузии, если слои сетки одинаковые?

Easy Composites › Матовый

Да, механические свойства препрега и пропитанного смолой листа практически одинаковы, если армирование одинаковое. Они оба будут иметь фракцию волокон примерно 60/40 и одинаковое (низкое) содержание пустот.

Трамп

Как насчет влажной укладки с давлением во время отверждения. Например, стекла с двух сторон зажаты между собой?

Easy Composites › Матовый

Теоретически вы можете запаковать влажный уложенный лист в вакуумный пакет или скрепить два листа вместе. Однако необходимо позаботиться о том, чтобы усилие было равномерным по всему листу, а при использовании вакуумного мешка необходимо обеспечить правильный уровень вакуума.

SURE D

Будет ли лист толщиной 4-6 мм, пропитанный UD, хорошей печатной площадкой для 3D-принтера? Температуры между 40-120 C°?.

Easy Composites › Матовый

Основной проблемой здесь является рабочая температура 120°C; можно было бы изготовить лист из углеродного волокна с рабочей температурой 120°C, но многие смолы не подходят. Из нашего ассортимента наш препрег XC130 UD, отвержденный при 140°C, обеспечивает надежную рабочую температуру 120°C, другие системы (инфузионная смола и смола для ламинирования) не имеют такого температурного диапазона.

Chris Athanasopoulos

Предположим, вы хотите изготовить лист из углеродного волокна толщиной 4 мм. Можете ли вы использовать технику ручной укладки вместо заливки смолой?

Easy Composites › Matt

Оба метода можно использовать для более толстых листов. При ручной/мокрой укладке вам просто нужно проявлять особую осторожность, чтобы не наносить слишком много смолы на каждый слой ткани, чтобы ваш лист не был слишком богат смолой.

MurphysLaw996

Можно ли использовать вакуумный мешок и обработать обе поверхности? Или какой метод мы должны использовать, чтобы закончить обе грани?

Easy Composites › Матовый

Некоторые люди добились успеха таким образом, хотя легко попасть в ловушку воздуха. Прессы также можно использовать для достижения аналогичного эффекта, особенно с препреговыми углеродными волокнами.

Phong Nyugen

Интересно, можно ли получить больше смолы с помощью тонкого слоя пористой твердой силиконовой резины, чтобы она провалилась между переплетениями?

Easy Composites › Матовый

Возможно да, при условии небольшого эксперимента. Однако, если силикон попадет в рисунок переплетения, готовый лист не будет идеально гладким.

Марк Креттен

Каков ваш процесс, чтобы обе стороны поверхности были одинаковыми (гладкими с глянцем или матовыми)? Запустить две стеклянные панели в вакууме?

Easy Composites › Матовый

Почти. Для получения гладкого двустороннего листа из углеродного волокна мы используем плиточный пресс с подогревом, в котором обе стороны листа стекла.

mirceaandreighinea

Где разместить простую вакуумную упаковку с мокрой укладкой, какой толщины ожидать? То же самое с вакуумным мешком для инфузии смолы?

Easy Composites › Матовый

В конечном счете, это зависит от уровня используемого вакуума (вакуумный мешок с мокрой укладкой применяется только при частичном вакууме), однако разница будет незначительной.

Сушант Мхатугаде

Я хочу сделать композитную листовую рессору из углеродного волокна. Какой метод я должен использовать? Какой тип углеродного волокна лучше всего подходит для него?

Easy Composites › Матовый

Листовая пружина, если бы ее можно было изготовить, вероятно, использовала бы в основном однонаправленные волокна для большей части своей конструкции. Вливание смолы может быть хорошим аккуратным методом, чтобы сделать несколько листьев одновременно, так как вы можете сложить лист большего размера, а затем разрезать и нарезать его по размеру.

САМУЭЛЬ САНДЖЕЕВ

Эй, ребята, как бы вы получили лист из углеродного волокна толщиной 2 мм с двухсторонним глянцевым покрытием между двумя стеклянными ламинатами путем вливания смолы?

Easy Composites › Matt

Двусторонние листы очень сложно изготовить с помощью инфузии. Вам понадобится внутренняя текучая среда, чтобы смола могла течь. Как правило, двусторонние углеродные листы изготавливаются с использованием препрег-углеродного волокна, отвержденного в прессе для достижения высокого глянца с обеих сторон. Другой способ сделать это — пропитать смолой два листа толщиной 1 мм (которые будут глянцевыми на стороне А с одной стороны), а затем соединить их вместе спиной к спине.

Джозайя Хоффман

Мне интересно, насколько велика разница в весе, при условии, что все они имеют одинаковую укладку арматуры? Насколько тяжелее ручная укладка по сравнению с инфузией смолы по сравнению с препрегом?

Easy Composites › Matt

В этом нет ничего особенного. Вливание смолы и препрег приводят к соотношению волокно:смола 60:40, мокрая укладка может достигать 50:50, но часто больше похоже на 40:60. Таким образом, соотношение смолы на 20% выше (или меньше волокна) в листе мокрой укладки.

Ленмур Белл

У меня вопрос по поводу инфузии. Я понял, что вы использовали вакуумный насос с какой-то вакуумной канистрой; насколько это важно, потому что, когда вы закладывали препрег, вы больше не использовали канистру?

Easy Composites › Matt

«Вакуумная канистра» представляет собой ловушку для инфузии смолы. Они используются для инфузии смолы, но не нужны для препрега, потому что цель улавливающего бака состоит в том, чтобы предотвратить случайное попадание избытка жидкой смолы в вакуумный насос (что может его повредить). При инфузии смолы это риск, потому что у вас есть запас жидкой смолы, подающей смолу в проект, которая может попасть в вакуумную линию и в насос. При использовании препрега в ламинате уже содержится фиксированное, отмеренное количество смолы, и излишки смолы не могут случайно попасть в насос.

Люси Мулумба

Я хочу изготовить панели толщиной 2 мм, используя ткань из углеродного волокна толщиной 0,3 мм и метод мокрой укладки. Сколько слоев, по вашему мнению, мне понадобится? Кроме того, будет ли сжатие слоев между двумя кусками стекла работать аналогично вакуумному прессованию?

Easy Composites › Matt

Если ваши слои имеют толщину 0,3 мм, вам потребуется 7 слоев, чтобы получить толщину более 2 мм. В зависимости от того, насколько хорошо укреплены ваши слои, вы можете обнаружить, что 6 слоев достигают желаемой толщины, хотя лист будет более насыщен смолой. два куска стекла помогут, но вряд ли вы добьетесь такого же хорошего результата, как в вакууме.

Йоханес Грин

При попытке следовать этому руководству у меня возникли проблемы с прилипанием ламината к стеклу, а также возникли проблемы с очисткой стекла. Я использовал LG 285 и HG 285. Чем посоветуете протирать стекло и чем обработать стекло, чтобы композит не прилипал к нему?

Easy Composites › Матовый

Вам необходимо хорошо нанести разделительный состав, чтобы смола не прилипала к стеклу. Мы рекомендуем химический разделительный агент, такой как химический разделительный агент EasyLease, который очень хорошо действует на стекло. Вы не упомянули, какой процесс вы использовали для ламинирования, но, безусловно, избегайте воска, если вы используете высокотемпературный процесс, такой как вливание смолы, но, вообще говоря, воск не подходит для использования на стекле, потому что на самом деле трудно заставить его остаться на стекле, это вполне может объяснить вашу проблему. Используйте Easy Lease, и все будет в порядке. Для очистки стекла (особенно для удаления старых следов разделительного состава) лучше всего подойдет ацетон или наш очиститель для форм.

ОСТАВЬТЕ КОММЕНТАРИЙ ИЛИ ВОПРОС

Полное руководство по проектированию и применению углеродного волокна

Полное руководство по проектированию и применению углеродного волокна

Компания Element 6 Composites специализируется на проектировании, анализе, прототипировании и производстве углеродного волокна. Мы являемся экспертами в области композитов из углеродного волокна и других материалов с высокими эксплуатационными характеристиками. Это руководство расскажет вам обо всем, что вам нужно, о конструкции и применении углеродного волокна.

Если вы хотите перейти к определенному разделу, воспользуйтесь ссылками ниже:

1. Что такое углеродное волокно
   • Как это делается
2. Зачем использовать углеродное волокно
   • Прочность
   • Низкое тепловое расширение
   • Свойства
3. Инжиниринг с углеродным волокном
   • Дизайн
   • Прототип
   • Производство
4. Использование и применение углеродного волокна
5. Как начать работу с углеродным волокном

Углеродное волокно состоит из прядей волокон диаметром от 5 до 10 микрон, которые состоят из длинных, плотно переплетенных цепочек атомов углерода в микроскопической кристаллической структуре. Эти волокна чрезвычайно жесткие, прочные и легкие и используются во многих процессах для создания высокоэффективных строительных материалов. Усилители из углеродного волокна бывают различных видов плетения, оплетки и других форматов, таких как жгут и однонаправленные. Их комбинируют с различными смолами для получения композитов, армированных углеродным волокном, с широким диапазоном форм и рисунков волокон.

Для производства углеродного волокна необходим прекурсор органического полимера. Это сырье обрабатывается с помощью тепла и химических реагентов, чтобы превратить его в углеродное волокно.

Первые высокоэффективные материалы из углеродного волокна были изготовлены из прекурсора вискозы.

В настоящее время около 90 % углеродного волокна производится из полиакрилонитрила, а остальные 10 % или около того — из искусственного шелка или нефтяного пека.

Процесс производства углеродного волокна начинается с карбонизации. Чтобы получить высококачественное углеродное волокно, исходный полимер должен содержать высокий процент атомов углерода. В процессе будет удалено большинство неуглеродных атомов внутри структуры.

Сначала предшественник вытягивается в длинные волокна. Затем эти волокна нагревают до очень высоких температур в анаэробной газовой смеси (без присутствия кислорода), чтобы гарантировать, что материал не сгорит. Тепло возбуждает атомную структуру волокон и удаляет из материала большинство неуглеродных атомов.

После карбонизации поверхность углеродных волокон необходимо обработать для улучшения связывания эпоксидными или другими смолами. Тщательное окисление поверхности углеродных волокон улучшает химические свойства сцепления, а одновременное придание поверхности шероховатости обеспечивает улучшенное механическое сцепление.

Это окисление можно осуществить различными способами. Углеродное волокно может подвергаться воздействию различных газов, таких как углекислый газ или озон, или жидкостей, таких как азотная кислота, или даже подвергаться электролитической обработке.

Перед ткачеством углеродные волокна должны быть проклеены или покрыты полимером для их защиты в процессе ткачества. Проклейка выбирается исходя из совместимости с используемой смолой для ламинирования. Затем волокна наматываются на бобины, прядутся и перерабатываются в различные переплетения и другие форматы

Причина 1: Прочность

Основная причина, по которой следует рассмотреть возможность использования углеродного волокна, заключается в его высоком соотношении жесткости к весу. Углеродное волокно очень прочное, очень жесткое и относительно легкое.

Жесткость материала измеряется его модулем упругости . Модуль углеродного волокна обычно составляет 34 MSI (234 ГПа). Предельная прочность на растяжение углеродного волокна обычно составляет 600-700 KSI (4-4,8 ГПа). Сравните это с алюминием 2024-T3, который имеет модуль всего 10 MSI и предел прочности при растяжении 65 KSI, или со сталью 4130, которая имеет модуль 30 MSI и предел прочности при растяжении 125 KSI.

Углеродное волокно с высоким и сверхвысоким модулем или высокопрочное углеродное волокно также доступно благодаря усовершенствованию материалов и обработке углеродного волокна.

Деталь из композитного углеродного волокна представляет собой комбинацию углеродного волокна и смолы, обычно эпоксидной смолы. Прочность и жесткость композитной детали из углеродного волокна будут результатом сочетания прочности и жесткости как волокна, так и смолы. Величина и направление локальной прочности и жесткости композитной детали определяются локальной плотностью и ориентацией волокон в ламинате.

В машиностроении принято количественно оценивать преимущество конструкционного материала с точки зрения отношения его прочности к весу ( Удельная прочность ) и его отношение жесткости к весу (Удельная жесткость) , особенно там, где снижение веса связано с улучшением характеристик или снижением стоимости жизненного цикла.

Пластина из углеродного волокна, изготовленная из углеродного волокна полотняного переплетения стандартного модуля со сбалансированной и симметричной укладкой 0/90, имеет модуль упругости при изгибе прибл. 10 МСИ. Он имеет объемную плотность около 0,050 фунтов/дюйм3. Таким образом, отношение жесткости к весу или удельная жесткость для этого материала составляет 200 MSI. Прочность этой пластины составляет прибл. 90 KSI, поэтому удельная прочность для этого материала составляет 1800 KSI

Для сравнения, модуль изгиба алюминия 6061 составляет 10 MSI, прочность составляет 35 KSI, а объемная плотность составляет 0,10 фунта. Это дает удельную прочность . Жесткость 100 MSI и удельная прочность 350 KSI. Сталь 4130 имеет жесткость 30 MSI, прочность 125 KSI и плотность 0,3 фунта/дюйм3. Это дает удельную жесткость 100 MSI и удельную прочность 9.0481 из 417 КСИ.

Следовательно, даже базовая панель из углеродного волокна с полотняным переплетением имеет удельную жесткость в 2 раза больше, чем алюминий или сталь. Его удельная прочность в 5 раз выше, чем у алюминия, и более чем в 4 раза выше, чем у стали.

Если рассмотреть вариант индивидуальной настройки жесткости панели из углеродного волокна за счет стратегического размещения волокна и включает значительное увеличение жесткости, возможное с многослойными конструкциями с использованием легких материалов сердцевины, становится очевидным преимущество, которое композиты из углеродного волокна могут иметь в самых разных областях применения. . Специфические числа зависят от деталей конструкции и применения. Например, пенопластовый сэндвич имеет чрезвычайно высокое отношение прочности к весу при изгибе, но не обязательно при сжатии или раздавливании. Кроме того, нагрузка и граничные условия для любых компонентов уникальны для конкретной конструкции. Таким образом, невозможно обеспечить такую ​​толщину пластины из углеродного волокна, которая могла бы напрямую заменить стальную пластину в данном приложении, без тщательного учета всех конструктивных факторов. Это достигается тщательным инженерным анализом и экспериментальной проверкой.

Одним из примеров гибкости конструкции из углеродного волокна является нестандартная конструкция балок с заданной жесткостью по определенным осям. Компания Element 6 Composites разработала запатентованные методы изготовления труб из углеродного волокна для обеспечения оптимальной жесткости вдоль каждой оси изгиба. Такие трубы аналогичны двутавровым балкам по своей устойчивости к изгибу, но сохраняют высокую жесткость на кручение, присущую трубе.

Причина 2: Низкое тепловое расширение

Одним из важных преимуществ выбора углеродного волокна является стабильность его размеров при изменении температуры. Углеродное волокно имеет коэффициент теплового расширения менее одной миллионной дюйма на градус Фаренгейта по сравнению с 7 миллионными долями дюйма на дюйм на градус Фаренгейта для стали или 13 миллионными долями дюйма на дюйм для алюминия.