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티타늄은 탄소 섬유 고분자 복합재보다 강합니다. 탄소 섬유에는 다양한 종류가 있습니다. 일부는 뻣뻣하고 일부는 강하고 다른 일부는 열을 잘 전달합니다. 일부 이름은 T300, IM7, M55J, K13D2U입니다. 완전 단방향 레이 업에서 가장 강력한 섬유 (IM7) 중 하나를 사용하면 약 120,000 PSI (120 KSI) 인 Titanium 6AL-4V의 강도와 거의 일치 할 수 있습니다. 지금 IM7을 검색하여 얻은 IM7 / 에폭시의 데이터 시트를보고 있습니다. 그러나 단방향 레이 업에서는 모든 섬유가 동일한 방향으로 배향됩니다. 이것은 당신이 보았던 것처럼 짠 제품이 아닙니다. 이 경우 다른 방향은 매우 약해서 결국이 물질은 여전히 Ti만큼 강하지 않습니다. 탄소 섬유 복합재는 장력보다 압축이 훨씬 약하므로 제가 여기서 한 것처럼 더 낮은 압축 강도를 가정해야합니다.
이제 탄소 섬유 복합재는 Ti 밀도의 거의 1/3이라는 것을 알 수 있습니다. 따라서 동일한 부품 질량의 일부를 얻기 위해 거의 3 배 더 많이 사용할 수 있습니다. 당신이 정말로 걱정하는 것은 무게 대 강도 비율입니다. 그렇지 않으면 확실한 선택은 강철입니다. 티타늄은 전설적인 강도 대 중량 비율을 가지고 있으며보다 전통적인 섬유 레이 업에서 IM7은 그와 일치 할 수 있지만이를 능가하지는 않습니다.
탄소 섬유 복합재가 뛰어난 것은 강도가 아니라 무게에 대한 강성입니다. 흥미로운 점은 알루미늄과 티타늄 및 강철이 모두 거의 동일한 강성 대 중량비를 갖지만 탄소 섬유 복합재는 사용 된 섬유와 레이 업에 따라이를 훨씬 초과 할 수 있다는 것입니다. 비 방향성 레이 업의 경우에도 Ti 중량에 비해 2 ~ 3 배의 강성을 얻을 수 있습니다. 레이 업 방향을 정하면 다시 두 배 또는 그 이상을 할 수 있습니다.
제조 방법도 매우 다르므로 주어진 상황에 가장 적합한 제품을 결정할 수 있습니다. 복합 재료는 직물처럼 드리워지고 조리됩니다. 얇고 곡면에 적합합니다. 금속이 완벽하기 때문에 아무도 볼트를 만들려고하지 않을 것 같습니다.
제품을 비교하는 경우 재질 대신 사양을 비교하는 것이 가장 좋습니다. 제품에 포함 된 모든 엔지니어링 결정을 알 수는 없지만 무게와 신뢰성에 대한 평판이 있는지 여부는 알 수 있습니다.
추가 편집 : 복합 구조의 경우 종종 약점 섬유가 아니라 일반적으로 에폭시로 결합되는 이음새입니다.
답변
복합재로 약간만 작업했지만 제가 설명해 드리겠습니다. 탄소 섬유를 사용할 때 가장 유용하지만 가장 어려운 점은 이방성이라는 것입니다. 즉, 강도는 섬유의 방향에 따라 달라집니다. 탄소 섬유는 무게 당 티타늄보다 강하지 만 구성 요소가 잘 설계된 경우에만 가능합니다. 섬유는 부품이 원하는 작업에 맞게 올바르게 배향되어야합니다. 이것은 특정 영역에서 얼마나 많은 굴곡과 강도를 가질 지에 대한 많은 제어를 제공하지만 확실히 더 복잡합니다. 등방성은 속성이 방향에 의존하지 않음을 의미합니다. 그의 의미는 티타늄이 복합재보다 응력 하에서 반응하는 방식을 예측하는 것이 더 쉽다는 것을 의미합니다. 이것은 만약 당신이 이러한 것들을 디자인한다면 티타늄이 얼마나 강해야하는지 아는 한 훨씬 더 간단 할 것임을 의미합니다. 티타늄이 탄소 섬유에 갖는 또 다른 점은 탄소 섬유가 충격 하중에서 그다지 좋지 않다는 것입니다. 즉, 충격을 받으려는 경우 깨질 가능성이 더 크다는 것을 의미합니다. 전반적으로 잘 설계된 탄소 부분이 (중량 당) 더 강하다고 말하고 싶지만,이 선택을하기 위해 달성하려는 많은 부분을 구체적으로 비교해야합니다