Förstå CFRP-kompositer

— De fantastiska egenskaperna hos kolfiberförstärkta polymerer.

KolfiberFörstärkta polymerkompositer (CFRP) är lätta, starka material som används vid tillverkningen av många produkter som används i vårt dagliga liv. Det är en term som används för att beskriva en fiberförstärktkompositmaterialsom använder kolfiber som den primära strukturella komponenten. Det bör noteras att "P" i CFRP också kan stå för "plast" istället för "polymer."

I allmänhet använder CFRP-kompositer härdplaster som epoxi,polyester eller vinylester. Även omtermoplastiska hartseranvänds i CFRP-kompositer, "Carbon Fiber Reinforced Thermoplastic Composites" går ofta under sin egen akronym, CFRTP-kompositer.

När man arbetar med kompositer eller inom kompositindustrin är det viktigt att förstå termerna och akronymerna. Ännu viktigare är det nödvändigt att förståegenskaper hos FRP-kompositeroch kapaciteten hos de olika förstärkningarna såsom kolfiber.

Egenskaper för CFRP-kompositer

Kompositmaterial, förstärkta med kolfiber, skiljer sig från andra FRP-kompositer som använder traditionella material som glasfiber elleraramidfiber. Egenskaperna hos CFRP-kompositer som är fördelaktiga inkluderar:

Lätt vikt:En traditionellglasfiberförstärkt kompositanvändning av kontinuerliga glasfiber med en fiber av 70 % glas (glasvikt/total vikt), kommer vanligtvis att ha en densitet av 0,065 pund per kubiktum.

Samtidigt kan en CFRP-komposit, med samma 70 % fibervikt, vanligtvis ha en densitet på 0,055 pund per kubiktum.

Ökad styrka:Inte bara är kolfiberkompositer lättare, utan CFRP-kompositer är mycket starkare och styvare per viktenhet. Detta är sant när man jämför kolfiberkompositer med glasfiber, men ännu mer när man jämför med metaller.

Till exempel, en anständig tumregel när man jämför stål med CFRP-kompositer är att en kolfiberstruktur med samma styrka ofta väger 1/5 av stålets. Du kan föreställa dig varför bilföretag undersöker att använda kolfiber istället för stål.

När man jämför CFRP-kompositer med aluminium, en av de lättaste metallerna som används, är ett standardantagande att en aluminiumstruktur med samma styrka sannolikt skulle väga 1,5 gånger den av kolfiberstrukturen.

Naturligtvis finns det många variabler som kan ändra denna jämförelse. Kvaliteten och kvaliteten på materialen kan vara olika, och med kompositertillverkningsprocessen, fiberarkitektur och kvalitet måste beaktas.

Nackdelar med CFRP-kompositer

Kosta:Även om det är fantastiskt material, finns det en anledning till varför kolfiber inte används i varje enskild applikation. För närvarande är CFRP-kompositer oöverkomliga i många fall. Beroende på de nuvarande marknadsförhållandena (utbud och efterfrågan), typen av kolfiber (flyg och kommersiell kvalitet) och fiberdragstorleken kan priset på kolfiber variera dramatiskt.

Rå kolfiber på en pris-per-pund basis kan vara allt mellan 5 gånger till 25 gånger dyrare än glasfiber. Denna skillnad är ännu större när man jämför stål med CFRP-kompositer.

Ledningsförmåga:Detta kan vara både en fördel för kolfiberkompositer, eller en nackdel beroende på applikation. Kolfiber är extremt ledande, medan glasfiber är isolerande. Mångaapplikationer använder glasfiber, och kan inte använda kolfiber eller metall, strikt på grund av konduktiviteten.

Till exempel inom allmännyttiga industrier krävs många produkter för att använda glasfibrer. Det är också en av anledningarna till att stegar använder glasfiber som stegskenor. Om en stege av glasfiber skulle komma i kontakt med en kraftledning är risken för elstöt mycket lägre. Detta skulle inte vara fallet med en CFRP-stege.

Även om kostnaden för CFRP-kompositer fortfarande är hög, fortsätter nya tekniska framsteg inom tillverkningen att möjliggöra mer kostnadseffektiva produkter. Förhoppningsvis kommer vi under vår livstid att kunna se kostnadseffektiva kolfiber som används i ett brett utbud av konsument-, industri- och biltillämpningar.