Алуминијум наспрам карбонских влакана: разлика и поређење

Алуминијум нуди равнотежу издржљивости и приступачности, што га чини уобичајеним избором за различите примене. С друге стране, карбонска влакна се могу похвалити изузетним односом снаге и тежине, идеалним за производе високих перформанси где је смањење тежине критично, иако по већој цени.

Кључне Такеаваис

1. Алуминијум је лаган метал који је отпоран на корозију и савитљив, док су карбонска влакна лаган материјал високе чврстоће направљен од атома угљеника.
2. Алуминијум је јефтинији, лакши за производњу и ширу примену у разним индустријама, док су карбонска влакна скупа, теже се производе и углавном се користе у ваздухопловној, аутомобилској и спортској индустрији.
3. Алуминијум је савитљивији и може се формирати у различите облике, док су карбонска влакна чвршћа и могу се обликовати у посебне облике за специфичне примене.

Алуминијум наспрам карбонских влакана

Разлика између алуминијума и карбонских влакана је у томе алуминијум влакна се састоје од паралелних алуминијумских филамената. Угљенична влакна комбинују атоме угљеника у кристале и постављају их паралелно са дугом осом.

Карбонска влакна имају већу снагу од алуминијумских, али у случају судара, мање је вероватно да ће трајати поново употребити без поправке, док се алуминијумска влакна могу користити без потребе за поправкама. 

Упоредна табела

Имовина	Алуминијум	Царбон Фибер
Густина	КСНУМКС г / цм3	1.55 г/цм³ (композит)
тежина	Лакши од челика, тежи од угљеничних влакана	Значајно лакши од алуминијума
снага	Високо, али ниже од угљеничних влакана	Веома висок, неколико пута јачи од алуминијума
укоченост	Високо, али ниже од угљеничних влакана	Веома висок, може бити неколико пута тврђи од алуминијума
Хеат Цондуцтивити	Одличан	низак
Отпорност на топлоту	До 400°Ф (200°Ц)	Виши од алуминијума, не топи се, али смола може деградирати на високим температурама
Отпорност на корозију	Добро, формира заштитни слој оксида	Одличан, отпоран на већину хемикалија и слану воду
трошак	Релативно јефтин	Знатно скупљи од алуминијума
Обрадљивост	Лако се обрађује	Теже за обраду од алуминијума

Шта је алуминијумска влакна?

Алуминијум је свестран метални елемент који је лаган, сребрно-беле боје и показује одличну отпорност на корозију. То је трећи најзаступљенији елемент у Земљиној кори, чинећи отприлике 8% њене масе. Алуминијум поседује неколико изузетних својстава која га чине веома траженим у различитим индустријама, укључујући грађевинарство, транспорт, ваздухопловство и паковање.

Физичка својства алуминијума

1. lagani: Алуминијум је изузетно лаган, са густином која је приближно једна трећина густине челика. Ово својство га чини идеалним материјалом за апликације где је смањење тежине критично, као што су у ваздухопловној и аутомобилској индустрији.
2. Дуктилни и савитљиви: Алуминијум је веома дуктилан и савитљив, што му омогућава да се лако обликује у различите облике и величине кроз процесе као што су ваљање, екструзија и ливење. Ова разноврсност омогућава произвођачима да креирају сложене дизајне и структуре са лакоћом.
3. Отпорност на корозију: Алуминијум природно формира танак слој оксида на својој површини када је изложен кисеонику, пружајући одличну отпорност на корозију. Ово својство чини алуминијум погодним за спољашњу и морску примену где је изложеност влази и тешким условима животне средине уобичајена.

Хемијска својства алуминијума

1. Реактивност: Алуминијум је релативно реактиван метал, али његова реактивност је умерена заштитним слојем оксида који се формира на његовој површини. Овај оксидни слој спречава даљу корозију и деградацију, повећавајући трајност материјала.
2. Топлотна проводљивост: Алуминијум показује одличну топлотну проводљивост, што га чини ефикасним проводником топлоте. Ово својство има предност у апликацијама где је расипање топлоте или управљање топлотом кључно, као што су хладњаци и прибор за кување.
3. Електрична проводљивост: Алуминијум такође поседује добру електричну проводљивост, али не тако високу као бакар. Без обзира на то, широко се користи у електричним далеководима, измењивачима топлоте и електричним компонентама због своје повољне комбинације проводљивости и приступачности.

Примене алуминијума

1. Транспорт: Алуминијум се у великој мери користи у транспортној индустрији за лаке компоненте возила, укључујући панеле каросерије аутомобила, структуре авиона и оквире бицикала. Његова лагана природа доприноси ефикасности горива и укупним перформансама.
2. Конструкција: Комбинација алуминијума чврстоће, издржљивости и отпорности на корозију чини га популарним избором за архитектонске структуре, прозоре, врата и кровне материјале. Његова естетска привлачност и лакоћа израде додатно доприносе његовој широкој употреби у грађевинском сектору.
3. Паковање: Алуминијум се обично користи у материјалима за паковање, као што су лименке, фолије и контејнери, због своје лагане природе, способности очувања свежине и могућности рециклирања.

Шта је карбонска влакна?

Угљична влакна су лагани материјал високе чврстоће који се састоји првенствено од атома угљеника повезаних заједно у кристалној структури. Познат је по свом изузетном односу снаге и тежине, што га чини идеалним избором за апликације где су и снага и мала тежина најважнији. Карбонска влакна налазе широку примену у индустријама као што су ваздухопловство, аутомобилска индустрија, спортска опрема и обновљива енергија.

Састав и процес производње

1. Распоред атома угљеника: Угљенична влакна се претежно састоје од дугих, танких нити атома угљеника, поређаних паралелно са уздужном осом влакна. Ови атоми угљеника су повезани заједно у кристалну структуру, формирајући чврсто збијене хексагоналне шаре.
2. Прекурсорски материјал: Процес производње угљеничних влакана почиње са прекурсорским материјалом, полиакрилонитрилом (ПАН) или рајоном, који се подвргава неколико хемијских третмана како би се уклонили неугљенични елементи и поравнали атоми угљеника.
3. Карбонизација: Прекурсорски материјал се затим подвргава високим температурама у окружењу без кисеоника кроз процес који се назива карбонизација. Током карбонизације, материјал се загрева на температуре које прелазе 1000°Ц (1832°Ф), што доводи до испаравања неугљеничних атома и остављајући за собом структуру богату угљеником.
4. Графитизација (опционо): У неким случајевима, угљенична влакна пролазе кроз додатни процес који се зове графитизација, где се подвргавају још вишим температурама да би додатно поравнали атоме угљеника и побољшали снагу и проводљивост материјала.

Особине карбонских влакана

1. Висок однос снаге и тежине: Карбонска влакна показују изванредан однос снаге и тежине, надмашујући традиционалне материјале попут челика и алуминијума. Ово својство омогућава да компоненте од карбонских влакана буду знатно лакше уз одржавање изузетне чврстоће и крутости.
2. Ниска топлотна експанзија: Карбонска влакна имају низак коефицијент топлотног ширења, што значи да се минимално шире и скупља када су изложена температурним флуктуацијама. Ово својство га чини веома отпорним на термичку деформацију и идеалним за примену у екстремним температурним окружењима.
3. Отпорност на корозију: За разлику од метала, угљенична влакна су сама по себи отпорна на корозију и деградацију када су изложена влази, хемикалијама и елементима животне средине. То га чини погодним за употребу у тешким условима рада где корозија може угрозити интегритет традиционалних материјала.

Примене карбонских влакана

1. Ваздухопловство: Карбонска влакна се увелико користе у ваздухопловној индустрији за производњу компоненти авиона, као што су панели трупа, крила и унутрашње структуре. Његова лагана природа доприноси ефикасности горива и побољшава укупне перформансе авиона.
2. Аутомобили: У аутомобилском сектору, угљенична влакна се користе у производњи лаких компоненти возила, укључујући панеле каросерије, ојачања шасије и унутрашње облоге. Ове компоненте доприносе смањењу тежине, побољшању потрошње горива и карактеристикама управљања.
3. Спорт и рекреација: Карбонска влакна се широко користе у спортској опреми, као што су бицикли, тениски рекети, палице за голф и штапови за пецање, због своје велике чврстоће, крутости и лакоће. Спортисти имају користи од побољшаних перформанси и маневрисања које пружају производи на бази угљеничних влакана.
4. Обновљива енергија: Карбонска влакна играју виталну улогу у сектору обновљиве енергије, посебно у лопатицама ветротурбина и лаким структурама за соларне панеле. Његова снага и издржљивост омогућавају изградњу великих система обновљивих извора енергије који су способни да издрже оштре услове животне средине.

Главне разлике између алуминијума и карбонских влакана

• Материјал Састав:
  • Алуминијум је метални елемент познат по својим лаганим својствима и отпорности на корозију.
  • Угљенична влакна су композитни материјал састављен првенствено од атома угљеника повезаних заједно, познат по свом изузетном односу снаге и тежине.
• Снага и тежина:
  • Алуминијум нуди умерену снагу и релативно је лаган у поређењу са многим другим металима.
  • Карбонска влакна се могу похвалити знатно већим односом чврстоће и тежине од алуминијума, што га чини изузетно лаганим док задржава изузетну снагу.
• Цена и производња:
  • Алуминијум је релативно приступачан и лако се масовно производи процесима ливења, екструзије и машинске обраде.
  • Угљенична влакна су скупља од алуминијума због свог сложеног производног процеса, који укључује третман прекурсора, карбонизацију, а понекад и графитизацију.
• Отпорност на корозију:
  • Алуминијум природно формира заштитни слој оксида на својој површини, пружајући одличну отпорност на корозију.
  • Карбонска влакна су сама по себи отпорна на корозију, што их чини идеалним за апликације где је изложеност влази и тешким окружењима уобичајена.
• Флексибилност израде и дизајна:
  • Алуминијум се лако формира и производи конвенционалним методама као што су ливење, савијање и заваривање, нудећи флексибилност дизајна.
  • Производња карбонских влакана укључује процесе обликовања и очвршћавања, нудећи већу флексибилност дизајна за сложене облике и структуре.
• Примена:
  • Алуминијум налази широку примену у индустријама као што су транспорт, грађевинарство и паковање због равнотеже снаге, издржљивости и приступачности.
  • Карбонска влакна се обично користе у апликацијама високих перформанси као што су ваздухопловство, аутомобилска индустрија, спортска опрема и обновљива енергија, где су смањење тежине и супериорна снага критични.
• Утицај на животну средину:
  • Алуминијум се веома може рециклирати, са добро успостављеном инфраструктуром за рециклажу, што га чини еколошки прихватљивим.
  • Рециклажа угљеничних влакана је изазовна због своје сложене композитне структуре, иако се напредује у технологијама рециклирања како би се побољшала његова одрживост.

Референце

1. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0263822316323194
2. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/mawe.200700212

Последње ажурирање: 03. март 2024