Förstå CFRP-kompositer

Carbon Fiber Armered Polymer Composites (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 ett fiberförstärkt kompositmaterial som 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 värmehärdande hartser såsom epoxi, polyester eller vinylester. Även om termoplastiska hartser används i CFRP-kompositer, går "kolfiberförstärkta termoplastkompositer" ofta av sin egen akronym, CFRTP-kompositer.

När du arbetar med kompositer eller inom kompositsindustrin är det viktigt att förstå termer och akronymer. Ännu viktigare är det nödvändigt att förstå egenskaperna hos FRP-kompositer och kapaciteten hos de olika förstärkningarna, såsom kolfiber.

Egenskaper för CFRP-kompositer

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

Lättvikt: En traditionell glasfiberarmerad komposit med kontinuerlig glasfiber med en fiber av 70% glas (vikt av glas / total vikt) kommer vanligtvis att ha en densitet av 0,065 pund per kubik tum.

Under tiden kan en CFRP-komposit med samma 70% fibervikt typiskt ha en densitet av 0,055 pund per kubik tum.

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 jämfört med metaller.

Exempelvis är en anständig tumregel när man jämför stål med CFRP-kompositer att en kolfiberstruktur med lika hållfasthet ofta väger 1/5 av stål. Du kan föreställa dig varför bilföretag undersöker att använda kolfiber istället för stål.

Vid jämförelse av CFRP-kompositer med aluminium, en av de lättaste metallerna som används, är ett standardantagande att en aluminiumstruktur med lika hållfasthet sannolikt skulle väga 1,5 gånger kolfiberstrukturen.

Naturligtvis finns det många variabler som kan ändra denna jämförelse. Materialets kvalitet och kvalitet kan vara annorlunda, och med kompositer måste tillverkningsprocessen, fiberarkitekturen och kvaliteten beaktas.

Nackdelar med CFRP-kompositer

Kosta: Även om fantastiskt material är det finns det en anledning till att kolfiber inte används i varje enskild applikation. Just nu är CFRP-kompositer kostnadsmässiga i många fall. Beroende på de aktuella marknadsförhållandena (utbud och efterfrågan), typen av kolfiber (flyg- och rymd- och kommersiell kvalitet) och fibertrådsstorleken kan priset på kolfiber variera dramatiskt.

Rå kolfiber på pris per pund kan vara var som helst mellan 5 gånger och 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 applikationen. Kolfiber är extremt ledande medan glasfiber är isolerande. Många applikationer använder glasfiber och kan inte använda kolfiber eller metall, helt enkelt på grund av konduktiviteten.

Till exempel inom användningsindustrin krävs många produkter för att använda glasfibrer. Det är också en av orsakerna till att stegar använder glasfiber som stegen. Om en glasfiberstege skulle komma i kontakt med en kraftledning är chanserna för elektrokution 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 kunna se kostnadseffektiva kolfiber som används i ett stort antal konsument-, industri- och fordonsapplikationer.