Ventajas y desventajas del plástico reforzado con fibra de carbono (CFRP)
CFRPes un material ligero y fuerte que es ampliamente utilizado en la producción y fabricación de muchos productos utilizados en nuestra vida diaria. Los compuestos reforzados con fibra de carbono, o CFRP para abreviar, son compuestos reforzados con fibra que utilizan fibras de carbono como el componente estructural principal. Cabe señalar que la "P" en los compuestos CFRP puede significar no solo "polímero" sino también "plástico".
En general, las resinas termoestables, como las resinas epoxi, los poliésteres o los ésteres de vinilo, se utilizan a menudo en compuestos CFRP. Aunque las resinas termoplásticas también se utilizan en compuestos CFRP, los "compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono" a menudo se denominan compuestos CFRTP, que significa Compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono. acrónimo.
Cuando se trata de compuestos, es importante comprender la terminología y las abreviaturas específicas de un material. Sin embargo, lo más importante es la necesidad de comprender las propiedades de los compuestos de FRP y sus diversos refuerzos, como la fibra de carbono.
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Propiedades de los compuestos de fibra de carbono
Los compuestos reforzados con fibra de carbono, a diferencia de otros compuestos de FRP que utilizan fibras tradicionales, como las fibras de vidrio o las fibras de poliamida aromática, tienen excelentes propiedades de los compuestos de CFRP, incluyendo
Peso ligeroLos compuestos tradicionales reforzados con fibra de vidrio utilizan fibras de vidrio continuas al 70% (peso de vidrio / peso total) y generalmente tienen una densidad de 0.065 libras por pulgada cúbica.
Alta resistencia- Los compuestos CFRP, a pesar de su peso ligero, tienen mayor resistencia y mayor rigidez por unidad de peso que los compuestos de fibra de vidrio. Esta ventaja es aún más pronunciada en comparación con los materiales metálicos. Por ejemplo, la experiencia nos dice que los materiales CFRP son 1/5 del peso del acero para la misma resistencia, así que imagine por qué todos los fabricantes de automóviles están considerando el uso de fibra de carbono en lugar de acero para mejorar el rendimiento de su producto.
Cuando los compuestos CFRP se comparan con el aluminio, uno de los metales más ligeros en términos de masa, el peso es aproximadamente 1,5 veces mayor que el de un cuerpo de fibra de carbono, basado en la suposición básica de que el aluminio tiene la misma resistencia.
Por supuesto, hay muchas otras variables en el experimento que pueden afectar los resultados de la comparación, por ejemplo, los diferentes grados y cualidades de los materiales, el proceso de composición, el proceso de producción, la estructura de la fibra y la calidad también deben tenerse en cuenta.
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Desventajas de los compuestos de fibra de carbono
Alto costo- A pesar del excelente rendimiento de los compuestos CFRP, ¿por qué las fibras de carbono no se utilizan ampliamente en la producción de productos? Actualmente, el costo de producción de compuestos CFRP es demasiado alto. Dependiendo de las condiciones actuales del mercado (oferta y demanda), el tipo de fibra de carbono (aeroespacial vs. grado comercial) y el tamaño del paquete de fibra, el precio de la fibra puede ser muy diferente.
El precio por libra de fibra de carbono cruda puede variar de 5 a 25 veces el precio de la fibra de vidrio. En comparación con el acero, el alto costo del material CFRP es aún más prominente.
Conductividad eléctrica- Esto puede ser tanto una ventaja de los compuestos de fibra de carbono como un posible inconveniente en aplicaciones prácticas. Las fibras de carbono son extremadamente conductoras, mientras que las fibras de vidrio son aislantes. La razón por la que muchos productos usan fibra de vidrio y no se pueden reemplazar con fibra de carbono o metal es debido a las estrictas propiedades aislantes requeridas.
En la producción de servicios públicos, muchos productos requieren el uso de fibra de vidrio. Por ejemplo, las escaleras se fabrican utilizando fibra de vidrio como marco de la escalera por la siguiente razón: Cuando una escalera de fibra de vidrio entra en contacto con las líneas eléctricas, la probabilidad de descarga eléctrica es mucho menor. Las escaleras de fibra de carbono, por otro lado, son extremadamente conductoras, y las consecuencias son impensables.
Sin embargo, a pesar del alto costo de los compuestos de fibra de carbono, con el avance de la tecnología, surgirán productos más eficientes y efectivos en el futuro cercano. Tal vez en nuestra vida, podemos esperar ver el uso generalizado de productos de fibra de carbono de alto rendimiento en el mercado de consumo, la producción industrial y la fabricación de automóviles.
En general, las resinas termoestables, como las resinas epoxi, los poliésteres o los ésteres de vinilo, se utilizan a menudo en compuestos CFRP. Aunque las resinas termoplásticas también se utilizan en compuestos CFRP, los "compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono" a menudo se denominan compuestos CFRTP, que significa Compuestos termoplásticos reforzados con fibra de carbono. acrónimo.
Cuando se trata de compuestos, es importante comprender la terminología y las abreviaturas específicas de un material. Sin embargo, lo más importante es la necesidad de comprender las propiedades de los compuestos de FRP y sus diversos refuerzos, como la fibra de carbono.
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Propiedades de los compuestos de fibra de carbono
Los compuestos reforzados con fibra de carbono, a diferencia de otros compuestos de FRP que utilizan fibras tradicionales, como las fibras de vidrio o las fibras de poliamida aromática, tienen excelentes propiedades de los compuestos de CFRP, incluyendo
Peso ligeroLos compuestos tradicionales reforzados con fibra de vidrio utilizan fibras de vidrio continuas al 70% (peso de vidrio / peso total) y generalmente tienen una densidad de 0.065 libras por pulgada cúbica.
Alta resistencia- Los compuestos CFRP, a pesar de su peso ligero, tienen mayor resistencia y mayor rigidez por unidad de peso que los compuestos de fibra de vidrio. Esta ventaja es aún más pronunciada en comparación con los materiales metálicos. Por ejemplo, la experiencia nos dice que los materiales CFRP son 1/5 del peso del acero para la misma resistencia, así que imagine por qué todos los fabricantes de automóviles están considerando el uso de fibra de carbono en lugar de acero para mejorar el rendimiento de su producto.
Cuando los compuestos CFRP se comparan con el aluminio, uno de los metales más ligeros en términos de masa, el peso es aproximadamente 1,5 veces mayor que el de un cuerpo de fibra de carbono, basado en la suposición básica de que el aluminio tiene la misma resistencia.
Por supuesto, hay muchas otras variables en el experimento que pueden afectar los resultados de la comparación, por ejemplo, los diferentes grados y cualidades de los materiales, el proceso de composición, el proceso de producción, la estructura de la fibra y la calidad también deben tenerse en cuenta.
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Desventajas de los compuestos de fibra de carbono
Alto costo- A pesar del excelente rendimiento de los compuestos CFRP, ¿por qué las fibras de carbono no se utilizan ampliamente en la producción de productos? Actualmente, el costo de producción de compuestos CFRP es demasiado alto. Dependiendo de las condiciones actuales del mercado (oferta y demanda), el tipo de fibra de carbono (aeroespacial vs. grado comercial) y el tamaño del paquete de fibra, el precio de la fibra puede ser muy diferente.
El precio por libra de fibra de carbono cruda puede variar de 5 a 25 veces el precio de la fibra de vidrio. En comparación con el acero, el alto costo del material CFRP es aún más prominente.
Conductividad eléctrica- Esto puede ser tanto una ventaja de los compuestos de fibra de carbono como un posible inconveniente en aplicaciones prácticas. Las fibras de carbono son extremadamente conductoras, mientras que las fibras de vidrio son aislantes. La razón por la que muchos productos usan fibra de vidrio y no se pueden reemplazar con fibra de carbono o metal es debido a las estrictas propiedades aislantes requeridas.
En la producción de servicios públicos, muchos productos requieren el uso de fibra de vidrio. Por ejemplo, las escaleras se fabrican utilizando fibra de vidrio como marco de la escalera por la siguiente razón: Cuando una escalera de fibra de vidrio entra en contacto con las líneas eléctricas, la probabilidad de descarga eléctrica es mucho menor. Las escaleras de fibra de carbono, por otro lado, son extremadamente conductoras, y las consecuencias son impensables.
Sin embargo, a pesar del alto costo de los compuestos de fibra de carbono, con el avance de la tecnología, surgirán productos más eficientes y efectivos en el futuro cercano. Tal vez en nuestra vida, podemos esperar ver el uso generalizado de productos de fibra de carbono de alto rendimiento en el mercado de consumo, la producción industrial y la fabricación de automóviles.