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碳纤维的特性(常见碳纤维层压板设计与金属的特性表)

碳纤维的特性(常见碳纤维层压板设计与金属的特性表)
 
 
对于碳纤维的新用户来说,了解碳纤维的特性往往具有挑战性。对某些人来说,它是一种神秘的材料。

碳纤维是方向相关的——各向异性

在选择碳纤维产品或使用碳纤维进行设计时,最重要的考虑因素之一是了解感兴趣的特性的方向。与金属不同,碳纤维和一般的复合材料被称为 各向异性 材料。这意味着材料的属性是 方向相关的。为了一个简单的类比,想想一块木头。木材的强度取决于纹理的方向。碳纤维也是如此——碳纤维的强度取决于纤维(晶粒)的方向。另一方面,金属、塑料和最常见的材料在各个方向都具有相同的特性。它们被称为各向同性材料。 碳纤维的特性(常见碳纤维层压板设计与金属的特性表)

决定碳纤维复合材料性能的关键因素

除了方向相关(各向异性)之外,还有许多其他因素决定了碳纤维的性能。一些关键因素是:
  • 碳纤维和树脂的类型
  • 纤维与树脂的比例(纤维量、纤维体积)
  • 纤维形式——单向、织物、编织、短切
  • 纤维取向——纤维叠层设计
  • 质量——纤维分布的均匀性、空隙等

设计选项 - 定制属性

上述所有因素或设计选择,都是碳纤维和先进复合材料的独特优势。使用碳纤维的零件 可以针对 特定应用进行定制和设计。无论是出于机械原因(强度、刚度)还是其他原因,例如低 CTE(热膨胀系数),都可以改变纤维类型、纤维数量、纤维取向等以实现某些特性。金属和其他材料不具备这种剪裁能力。例如,在金属零件上,唯一可以改变的是金属的等级或合金以及它的厚度或形状。而已。 因为碳纤维有成千上万种选择,所以不可能列出和解释碳纤维的所有潜在特性。 尽管如此,下表显示用于比较目的,以帮助最终用户更好地了解常见的碳纤维产品层压板设计的特性。其他常见材料(如钢和铝)的特性也出于比较目的而显示。

常见碳纤维层压板设计与金属的特性表

材料 等级/类型 设计/应用 纵向抗拉强度 (ksi) 纵向拉伸 模量 (Msi) 剪切模量 (Msi) 密度 (g/cm^3)
碳纤维/环氧树脂(单向) 标准模数 弯曲 300 15 0.6 1.55
碳纤维/环氧树脂(单向) 标准模数 扭转 20 2.2 4.5 1.55
碳纤维/环氧树脂(单向) 中间模量 弯曲 325 20 0.6 1.57
碳纤维/环氧树脂(单向) 高模量 弯曲 250 30 0.6 1.59
碳纤维/环氧树脂(单向) 超高模量 弯曲 200 45 0.6 1.70
4130   100 30 12 7.7
 钛 6M-4V   120 16 6.2 4.34
6061-T6   35 10 3.8 2.7
注意: 碳纤维复合材料的性能取决于方向,上面显示的性能仅对一个方向有效,通常称为纵向。
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