玻璃纤维和碳纤维的区别

玻璃纤维和碳纤维的区别

复合材料产品日益成为当今世界的一个共同特征,大量用于建筑、基础设施、公用事业分配和汽车行业。 玻璃纤维和碳纤维有什么区别?每一种都有略微不同的特性,可能使其更适合特定的应用程序。这篇文章分解了玻璃纤维和碳纤维之间的一些主要区别。

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难以置信的细线。

相比之下,碳纤维最初是有机聚合物——与碳原子结合在一起的长分子链。在许多情况下,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殊聚合物的名称。

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,尽管它可以以与玻璃纤维完全相同的方式引入拉挤工艺。

玻璃纤维与碳纤维

现在您对玻璃纤维和碳纤维的起源有了基本的了解,我们来看看它们在用作拉挤型材时表现出的差异。 我们强调了四个最重要的比较点:

  • 重量
  • 强度
  • 刚性和韧性
  • 热膨胀

碳纤维是一种纤维状碳材料,强度高,密度低于铝,耐腐蚀,耐高温,导电性与铜相似。碳纤维是一种高度加工的材料,常用于高端产品。 优点是它相对较轻,具有很强的导电性和导热性,并提供高机械性能。碳的重量约为玻璃纤维的 70%。 碳纤维可加工成织物、毡、垫、带、纸等材料。有时作为增强材料加入树脂、金属、陶瓷、混凝土等材料中,形成复合材料。碳纤维增强复合材料可用作飞机结构材料、电磁屏蔽材料、人工韧带等人体替代材料,也可用于制造摩托艇、工业机器人、汽车钢板弹簧和传动轴等。

碳纤维还表现出比玻璃纤维更大的纤维强度。这使得更小更轻的碳纤维部分具有与更大更重的玻璃纤维部分相同的强度。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%。

但是,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的强度与其重量的比值。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,也需要使用更少的树脂。

目前,碳纤维广泛应用于民用、军用、建筑、化工、工业、航空航天和汽车等行业。 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,而只有碳纤维拉挤型材才能提供。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。

另一方面,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。相对刚性的碳纤维可能不适合这些应用。另一方面,玻璃纤维是一种性能优良的无机非金属材料。它是以玻璃球或废玻璃为原料,采用拉挤技术成型玻璃纤维。玻璃纤维的直径从几微米起。从五分之一到十分之一的电线直径,一束纤维由数十万根单丝组成。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物理虐待。

尽管强度更高,但碳纤维通常具有较低的断裂点。随着时间的推移,这使得它更容易受到损坏。 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。

总结 玻璃钢相对性价比更高。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,玻璃纤维更广泛的用途——包括非突出产品——有助于确保其价格点保持更具竞争力。最终, 玻璃纤维和拉挤碳纤维都表现出独特的性能。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。

(115)

猜您喜欢

  • 哪个行业使用的碳纤维最多?

    航空工业 事实上,30% 的碳纤维用于航空航天工业。从航天器和飞机到直升机和滑翔机,碳纤维在现代航空航天工业中无处不在。军用:自 1800 年代以来,军用碳纤维应用已经走过了漫长的道路。 碳纤维材料由于其出色的特性,广泛应用于多个行业。以下是一些主要使用碳纤维的行业: 航空航天业:航空航天领域对轻量化和高强度材料的需求很高,碳纤维在此领域得到广泛应用。它用于…

    2022年11月9日
  • 碳纤维的独特之处是什么?

    碳纤维是一种独特的材料,适用于许多产品——是什么让它如此特别?哪些特性使其最适合广泛的商业应用和消费者使用?什么是碳纤维? 碳纤维由长而细的碳原子链组成,它们以晶体结构结合在一起,每根链都比人的头发细。碳纤维是如何制成的? 碳纤维通常是通过在特殊熔炉中的惰性气氛中加热和拉伸合成聚丙烯腈 (PAN) 纤维束制成的。然后可以将这些富含碳的细丝编织、编织或缠绕,形…

    2022年11月7日
  • 碳纤维在阳光下会降解吗?

    虽然紫外线不会破坏碳纤维本身,但它会通过降解其环氧树脂而导致板材和面板过早降解。在这方面,并不是所有的碳纤维产品都是紫外线稳定的。 碳纤维在阳光下不会直接降解。碳纤维是一种非常强大和耐久的材料,具有优异的化学稳定性和耐腐蚀性。它在常温下和一般的环境条件下不会发生明显的降解或腐蚀。 然而,长时间暴露在紫外线辐射下,如阳光中的紫外线,可能会对碳纤维的表面产生一定…

    2022年11月9日
  • 玻璃钢和碳纤维有什么区别?

    玻璃钢(Glass Fiber ReinforcementPlastic,缩写为GFRP)和碳纤维(Carbon Fiber)是两种常用的增强材料,它们在性质和应用方面有一些区别。以下是玻璃钢和碳纤维之间的主要区别: 以下是有关玻璃钢(GFRP)和碳纤维的一些其他详细信息: 需要注意的是,GFRP和碳纤维之间的选择取决于应用的具体要求,包括所需的强度、重量、…

    2023年8月10日
  • 纱线的粗细和纱线密度对碳纤维布的重量和厚度有什么影响呢?

    纱线的粗细和纱线密度是影响碳纤维布重量和厚度的重要因素。下面是它们对碳纤维布的影响: 综合来说,纱线的粗细和纱线密度对碳纤维布的重量和厚度有以下影响:使用较细的纱线和较高的纱线密度会增加布料的重量和厚度,而使用较粗的纱线和较低的纱线密度会减小布料的重量和厚度。 当制造碳纤维布时,选择纱线粗细和纱线密度要根据具体的需求和应用来进行权衡。不同的纺织结构和纱线参数…

    2023年9月15日
  • 碳纤维部件是否可以不上底漆,直接罩清漆吗?

    一般碳纤维部件在加工成型后,为了更好的外观质量,都需要先240水磨并喷清漆处理,更高要求的可能还会对清漆,再次打磨抛光。 碳纤维制品是可以不喷涂底漆,直接上清漆的。但前提是,碳纤维部件表面非常平整没有孔隙。 但从工艺效果上来说,即使制件非常光滑,还是建议喷涂底涂的,因为底涂能得到更好的粘结效果,任何的节省,都会以牺牲最终的品质为前提的。

    2019年7月30日

发表回复

登录后才能评论
分享本页
返回顶部