在拉挤玻璃纤维和拉挤碳纤维之间做出选择

在拉挤玻璃纤维和拉挤碳纤维之间做出选择

拉挤玻璃纤维已成为现代世界的一个共同特征,大量用于建筑、公用事业、基础设施和消费品行业。 

这种复合材料有两种关键成分:玻璃纤维和某种树脂,例如聚酯或乙烯基酯。

在某些情况下,制造商可能会选择用类似的碳纤维材料代替玻璃纤维。这种交换使所得复合材料具有略微不同的特性,使其更适合特定应用。

如果您想了解更多关于这两种拉挤产品的信息,请继续阅读。本文详细介绍了拉挤玻璃纤维和拉挤碳纤维之间的一些主要区别。

拉挤工艺快速概览

在深入研究玻璃纤维和碳纤维之间的差异之前,回顾一下这两种材料的制造过程将会很有帮助。

拉挤成型涉及通过称为树脂浸渍机的特殊机器拉动增强材料(此处为玻璃纤维或碳纤维)。

当树脂从机器的一端拉到另一端时,每根纤维都涂上了一种特别选择的树脂。然后湿纤维通过预成型导向器,使材料具有所需的形状。

最后,纤维进入一个加热模具,仔细监测其温度使树脂固化成硬化形式。

玻璃纤维和碳纤维

玻璃纤维最初是作为无机硅砂存在的,它与石灰石和苏打灰一起被加热到极端温度——准确地说是2500 华氏度

在此温度下,沙子呈熔融状态。然后,特殊的成型设备将熔融玻璃拉成令人难以置信的细线。

相比之下,碳纤维最初是有机聚合物——换句话说,是与碳原子结合在一起的长分子链。

在大多数情况下,这些聚合物通过聚丙烯腈 (PAN) 工艺转化为碳纤维。聚丙烯腈是用于制造碳纤维的特定聚合物的名称。

多步 PAN 工艺包括将聚丙烯腈纺成纤维,进行化学改变以使其稳定,然后碳化和处理纤维表面。

结果是一种比玻璃纤维更细的纤维,但可以采用与玻璃纤维完全相同的方式引入拉挤工艺。

玻璃纤维与拉挤碳纤维

现在您对玻璃纤维和碳纤维的起源有了基本的了解,您可能想知道它们在用作拉挤材料时表现出什么样的差异。

以下是需要注意的四个最重要的比较点:

  • 重量和强度

由于其股线的直径相对较细,碳纤维的重量大约是玻璃纤维的一半。然而,当比较同等的拉挤玻璃纤维和拉挤碳纤维时,这种差异可能并不那么显着,因为树脂增加了大量的体积,通常在这两种情况下都超过了纤维本身。  

碳纤维还表现出比玻璃纤维更大的纤维强度。然而,与重量差异一样,这种强度差异本身并不一定是一个重要因素。

例如,碳纤维的纤维强度为 4127,而称为 E 玻璃的玻璃纤维类型的纤维强度为 3450——大约低 16%。

然而,当您同时考虑这些因素时,两种材料之间的差异就会成为焦点。强度重量比表示每种材料相对于其重量的强度。

E Glass 的强度重量比为 564,而碳纤维的强度重量比为 1013——几乎是后者的两倍。

这种相对于重量的高强度意味着制造商在拉挤给定产品时需要使用更少的碳纤维。因此,拉挤碳纤维产品通常可以拥有更薄的横截面。

这是真正减轻重量的地方,因为需要使用的树脂更少。

  • 刚性和韧性

除了比玻璃纤维更坚固外,碳纤维也更硬。这种额外的刚度可以证明非常有用,使制造商能够满足更精确的刚度需求。

例如,CERN大型强子对撞机内的硅跟踪器模块需要一定程度的刚度,而只有碳纤维拉挤成型才能提供。

然而,这种增加的刚性并不一定意味着碳纤维是所有应用的更好选择。

玻璃纤维具有相对柔软的特性,对于需要高柔性图案的应用来说是更好的选择。碳纤维的小弯曲窗口可能会妨碍其在此类应用中的使用。

正如重量和强度之间的关系一样,拉挤材料的刚性会影响其长期韧性。

玻璃纤维通常被认为比碳纤维更坚韧,因为它更柔韧的特性使其更容易承受压力和身体虐待。

碳纤维尽管强度更高,但断裂点通常较低,因此随着时间的推移更容易损坏。

  • 热膨胀

与钢和铝等材料相比,玻璃纤维的热膨胀系数相对较小——这意味着它不会因温度变化而显着变大。

也就是说,如果暴露于足够极端的变化——或者如果公差特别严格——那么玻璃纤维拉挤成型可能不是合适的选择。

碳纤维在这方面有一个显着的特性:它实际上具有负的热膨胀系数。因此,碳纤维会随着温度下降而膨胀。

这种趋势有效地抵消了用于将纤维粘合在一起的树脂基体具有正系数这一事实,基本上导致接近中性的整体系数。

  • 成本

成本方面的优势显然落在了玻璃纤维的一边。生产长碳纤维是一个耗时且困难的过程,这自然使碳纤维更加昂贵。

同样,玻璃纤维的更广泛用途——包括非突出产品——有助于确保其价格点保持更具竞争力。

归根结底,玻璃纤维和拉挤碳纤维都具有独特的性能,但都不是所有应用的明显赢家。相反,您必须仔细考虑给定产品的需求和参数,以便选择最适合您需求的材料。

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