碳纖維和鋼哪個好？
長期以來，鋼一直被用來制造堅固、持久、剛性的結(jié)構(gòu)。碳纖維是一種相對較新的結(jié)構(gòu)材料，但其特性令人印象深刻且獨特。以下是這兩種材料的性能細(xì)分以及正在轉(zhuǎn)向碳纖維的行業(yè)的一些示例。
什么是碳纖維？
碳纖維由天然存在的元素碳組成，并且由于其晶體結(jié)構(gòu)而具有高拉伸強(qiáng)度和剛度特性。它用于制造高強(qiáng)度、重量輕的復(fù)合材料部件，其中纖維嵌入聚合物基體中。碳的物理特性使其非常堅固且非常堅硬。
碳纖維的彈性模量（衡量材料抗變形能力）在 150-760 吉帕斯卡 (GPa) 之間。范圍廣泛是因為可以修改制造過程以定制剛度和強(qiáng)度。碳纖維的拉伸強(qiáng)度是所有可用材料中最高的之一。盡管包括鋼在內(nèi)的許多材料都具有高剛度和抗拉強(qiáng)度，但碳纖維的真正優(yōu)勢在于其低密度（約 1.6 g/cm3）的強(qiáng)度重量比和剛度重量比。這使得碳纖維材料在重量輕的同時具有高抗拉強(qiáng)度。因此，它是工業(yè)應(yīng)用的理想選擇，例如：汽車、飛機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、機(jī)器人。
在許多這些應(yīng)用中，較重的材料會消耗更多的能量，隨著時間的推移會導(dǎo)致更大的磨損，和/或使高性能設(shè)計變得難以實現(xiàn)。
碳纖維和鋼選擇哪個好？
長期以來，鋼一直是首選材料，因為它具有大約200 GPa 的高彈性模量。這種剛性及其相對豐富性使其成為制造中無處不在的材料。但是在大約8 g/cm 3的密度下，它的重量對于它要加強(qiáng)的機(jī)器來說可能是非常沉重的。這大約是提供相同或更好剛性的碳纖維材料重量的 5 倍。
碳纖維有哪些常見應(yīng)用？
碳纖維可用于生產(chǎn)多種產(chǎn)品。任何需要剛性和輕質(zhì)的東西都是碳纖維復(fù)合材料的理想選擇。它們越來越多地用于無人機(jī)和無人駕駛飛行器 (UAV)，重量輕有助于結(jié)構(gòu)更輕，有效載荷更大。在汽車行業(yè)，碳纖維技術(shù)的新進(jìn)展有可能將汽車重量減少近一半。
此外，碳纖維不受鋼或鋁等普通金屬的熱膨脹影響。醫(yī)學(xué)成像臺受益于碳纖維的強(qiáng)度和剛度，即使在高劑量的 X 射線和伽馬輻射之后，也能在負(fù)載下保持關(guān)鍵尺寸而不會隨著時間的推移而損壞。
與鋼相比，碳纖維切割有多容易？
碳纖維比鋼更容易切割。其重量輕，便于搬運(yùn)，帶有金剛石或碳化鎢刀片的旋轉(zhuǎn)輪或鋸可輕松切割碳纖維復(fù)合材料并簡化原型制作。
雖然鋼是一種可靠的材料，但碳纖維制造的不斷進(jìn)步使這種材料成為不斷發(fā)展的創(chuàng)新源泉。
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