碳纤维比钢和铝强多少？

投稿专栏 • 2023年2月21日 14:38 • 阅读 7730

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可以使用这些材料的高强度版本的常见形式来理解碳纤维、钢和铝之间的简单比较。比较这三种材料的机械性能、弹性模量（刚度）和拉伸强度（拉伸强度）：
1. Toray 的碳纤维 T700S，一种标准模量高强度纤维，在环氧树脂 250 F-cure 复合材料中
2.合金钢AISI 5130，一种低淬透性合金钢，强度适中，韧性好
3.铝合金7075-T6，一种标准航空铝合金

请注意，所有属性均在室温下。环境条件对碳复合材料有很大影响。一旦温度上升到 150 F 以上，碳纤维环氧树脂复合材料的性能将有所降低，而钢和铝的性能将基本保持不变。高湿度和高温会产生更大的影响。

你问的更复杂的问题是，“它轻了多少倍？硬了多少倍？” 您可以看到碳纤维最轻，密度最低，刚度适中。但是，如果您只看上面的属性，即单向（单向）碳层压板并考虑材料的密度，您会得到一个误导性的答案。

通常，碳纤维需要在多个方向上分层才能使用（有点像胶合板）。否则，所有的纤维都会朝一个方向走，材料很容易开裂，因为在横向方向上没有强度，就像木皮一样。如果您以具有最均匀特性的方式对碳纤维进行分层（所谓的“准各向同性”层压板），您最终会获得有点像铝的整体特性。事实上，如果这样做，您最终会得到比铝重一点的层压板。

那么，毕竟，它更轻、更硬吗？好吧，更好的答案是：如果你有一个结构可以利用碳纤维的方向特性，比如自行车车轮或车架管，或者直升机叶片，其中的某些部分可以与弯曲或应力对齐零件将会看到，与铝相比，您最多可以减轻30 % 的重量。