碳纤维卷管和钢管谁的强度更高?
碳纤维管的生产工艺有好几种,其中卷管和模压这2种工艺生产出来的碳纤维管性能较好。碳纤维卷管是将铺叠好的碳纤维预浸料通过设备卷制在模具上,再利用热压炉成型。碳纤维卷管在强度上是否可以超过钢管,是否可以替代钢管使用呢?
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碳纤维卷管和钢管谁的强度更高?
碳纤维是经过上千度的高温氧化而来的,在氧化过程中发生了化学反应,使得它具备超强的抗拉强度。普通品级的碳纤维的抗拉强度可能超过3000MPa,高强碳纤维的表现更好。与树脂材料组成的碳纤维复合材料的抗拉强度可以超过1500MPa,碳纤维卷管就是由碳纤维复合材料制成。
常用的钢管的抗拉强度大概在600MPa左右,碳纤维卷管在抗拉强度上是它的2.5倍,表现非常出色。在部分行业碳纤维卷管是可以替代钢管来使用的,不过碳纤维卷管自身耐磨性一般,韧性较差,有这些使用要求的情况下是无法替代钢管的。另外碳纤维卷管的价格同样是钢管的好几倍,很多企业会因此而选择继续使用钢管。
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碳纤维卷管还有哪些性能优势?
抗拉强度高只是碳纤维卷管的优势之一,单单以这个优势还不足以让碳纤维材料被称为“黑色黄金”,来看看它还具有哪些突出的性能吧。
1、密度低重量轻:碳纤维卷管的密度大概在1.7g/cm3左右,低于玻璃纤维管的2.2g/cm3和铝合金管的2.7g/cm3,常用的钢管的密度是7.8g/cm3,这样一对比可以发现,碳纤维卷管在轻量化方面具有巨大的优势。
2、弯曲剪切模量高:碳纤维卷管的剪切模量也非常出色,经测试,弯曲的剪切模量理论为8.63GPa,实测为8.46GPa。
3、拉伸模量高:抗拉模量能测试纤维所能承受最大的拉力,单位为psi,低于3480万psi的为低模量碳纤维,超高模量的碳纤维拉伸弹性模量为7250万-1.45亿psi,钢的拉伸模量约为2900万psi,碳纤维材料的表现更好。
4、耐用性优势:碳纤维卷管是一种非金属材料,电化学活性较低,具有不错的耐腐蚀性,同时不会发生氧化的问题,还具有一定的抗冲击性,热膨胀系数几乎为零,这些因素综合起来决定了碳纤维卷管的耐用性更好。
碳纤维卷管在多种性能上的表现确实好于钢管,但是钢管的生产加工难度低,加上原材料的量远远高于碳纤维复合材料,因此即便未来碳纤维材料技术有了重大突破,想要完全替代钢管也几乎不太可能实现。
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