百色碳纖維在越來越多的應(yīng)用中正在取代鋁，并且在過去的幾十年中一直在這樣做。這些纖維以其非凡的強度和剛度而聞名，而且還非常輕巧。碳纖維線束與各種樹脂結(jié)合以形成復(fù)合材料。這些復(fù)合材料利用了纖維和樹脂的特性。

碳纖維與鋁的實測

以下是用于比較兩種材料的不同屬性的定義：

彈性模量 =材料的“剛度”。材料的應(yīng)力與應(yīng)變之比。材料在其彈性區(qū)域中的應(yīng)力與應(yīng)變曲線的斜率。

極限抗拉強度=材料在斷裂之前可以承受的最大應(yīng)力。

密度=材料的單位體積質(zhì)量。

比剛度 =彈性模量除以材料密度。用于比較密度不同的材料。

比抗張強度=抗張強度除以材料密度。

許多因素都會影響這些數(shù)字。這些是概括；不是絕對的測量。例如，可獲得具有更高的剛度或強度的不同碳纖維材料，通常在權(quán)衡其他性能的降低方面。

碳纖維的比抗張強度約為鋁的3.8倍，比剛度為鋁的1.71倍。

碳纖維和鋁的熱性能比較

顯示碳纖維和鋁之間差異的另外兩個屬性是熱膨脹和導(dǎo)熱率。

熱膨脹描述了溫度變化時材料尺寸的變化。

鋁的熱膨脹約為碳纖維的六倍。

在設(shè)計先進(jìn)的材料和系統(tǒng)時，工程師必須確定對于特定應(yīng)用最重要的材料屬性。當(dāng)高強度對重量或高剛性對重量很重要時，碳纖維是顯而易見的選擇。在結(jié)構(gòu)設(shè)計方面，當(dāng)增加重量會縮短使用壽命或?qū)е滦阅芟陆禃r，設(shè)計人員應(yīng)將碳纖維視為更好的材料。

碳纖維的低熱膨脹特性在創(chuàng)建要求高精度，在溫度波動的條件下具有尺寸穩(wěn)定性的產(chǎn)品時具有顯著優(yōu)勢，例如光學(xué)設(shè)備，3D掃描儀，望遠(yuǎn)鏡等。

使用碳纖維也有一些缺點。碳纖維不屈服。在負(fù)載下，碳纖維會彎曲，但不會永久符合新形狀（彈性）。一旦超過碳纖維材料的極限抗拉強度，碳纖維就會突然失效。工程師必須了解這種行為，并包括安全因素以在設(shè)計產(chǎn)品時對此進(jìn)行考慮。碳纖維零件的價格也比鋁貴得多，這是因為生產(chǎn)碳纖維的成本高昂，并且在制造高質(zhì)量復(fù)合零件方面具有豐富的技能和經(jīng)驗。

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