Fiber Karbon vs. Fiberglass: Mengapa terdapat perbezaan besar dari segi harga dan prestasi untuk fiber yang sama?

Fiber Karbon vs. Fiberglass: Mengapa terdapat perbezaan besar dari segi harga dan prestasi untuk fiber yang sama?

Pernahkah anda tertanya-tanya tentang ini? Sebatang joran fiber karbon berkualiti tinggi boleh berharga ribuan dolar, manakala joran fiberglass biasa hanya puluhan dolar sahaja. Sama-sama "fiber", namanya kedengaran seperti sepupu, mengapa dari segi harga dan prestasi, ia menjadi jurang antara "bangsawan" dan "rakyat biasa"? Hari ini, kita akan mengupas pasangan sekeluarga fiber ini, iaitu fiber karbon dan fiberglass, untuk melihat apa sebenarnya perbezaan dalaman mereka.

Dari latar belakang yang berbeza: "anak orang kaya" dan "pekerja keras" dalam dunia bahan.

Untuk memahami perbezaannya, kita mesti bermula dengan "keturunan".

Gentian kaca

Bahan utamanya adalah silika, dan bahan mentah ini terdapat dalam rizab besar di bumi dengan kos rendah. Melalui proses pemelelan suhu tinggi, penarikan dan lain-lain, gentian kaca dihasilkan. Ia seperti berasal dari sumber yang sama tetapi merupakan "pekerja" yang sangat kuat, berdaya saing dari segi kos untuk bersaing di peringkat global.

Serat karbon

Komponen utamanya ialah karbon. Bahan asalnya biasanya polimer organik seperti poliakrilonitril, bitumen atau gentian viskos. Gentian-gentian ini mesti melalui rawatan karbonisasi dan grafitisasi pada suhu ribuan darjah dalam perlindungan gas lengai, untuk mengeluarkan atom bukan karbon, dan akhirnya membentuk bahan super yang mengandungi lebih daripada 90% karbon. Proses ini kompleks, memakan tenaga, mempunyai halangan teknikal yang tinggi, dan industri bahan memanggilnya sebagai "keluli". Oleh itu, gentian karbon juga seperti diketengahkan dengan teliti, menggunakan banyak sumber "anak kaya generasi kedua" atau "atlet elit".
Sejak lahir lagi, perbezaan kos sudah ditentukan. Satu menggunakan "pasir", satu menggunakan "bahan mentah kimia + proses kompleks", harga karbon fiber yang "mulia" telah terbenam sejak dari permulaan.

Prestasi PK: Mengapa Gentian Karbon adalah "Raja"?

Tidak cukup hanya melihat resume, kita perlu melihat realitinya. Berikut adalah carta perbandingan prestasi untuk memberi gambaran:

Fokus pada "modulus" :Anda boleh menganggap modulus sebagai "kekakuan" bahan tersebut.

Gentian kaca

Seperti batang yang kuat, ia kuat dan tidak mudah putus, tetapi apabila anda mematahkannya dengan daya, ia akan melentur dan berubah bentuk secara ketara.

Serat karbon

Seperti bar keluli keras, ia bukan sahaja kuat, malah sangat rintang terhadap perubahan bentuk. Anda gunakan daya yang sama untuk mematahkan, hampir tidak bergerak langsung.
Ciri "tidak bengkok" ini adalah penting dalam bidang premium. Sebagai contoh:

(1) Kereta F1: rangka mesti sangat kaku supaya dapat mengekalkan pengendalian yang tepat semasa pusingan laju, mana-mana perubahan bentuk kecil adalah maut.
(2) Aeroangkasa: struktur sayap dan badan pesawat memerlukan perubahan bentuk yang minima di bawah beban tinggi untuk memastikan prestasi aerodinamik dan keselamatan.
(3) Raket badminton teratas: pada saat memukul bola, semakin kecil perubahan bentuk bingkai raket, semakin langsung pemindahan tenaga, dan semakin jelas rasa yang dihasilkan, iaitu pengalaman yang dibawa oleh "karbon fiber modulus tinggi".

Setiap satu mempunyai kekurangannya tersendiri

serat karbon:

(1) rapuh: walaupun keras dan kuat, tetapi rintangan hentaman lemah, jika terkena hentakan kuat dari objek tajam ia mudah patah, bukannya melentur.
(2) Kekonduksian: ini merupakan kelebihan sekaligus kekurangan. Dalam situasi yang memerlukan penebatan (seperti peralatan elektrik), ini menjadi bahaya tersembunyi.
(3) Harga: sekali lagi, mahal!

Gentian kaca

(1) ketahanan baik: rintangan hentaman lebih kuat daripada gentian karbon, hanya mungkin retak setelah dipukul, tidak remuk serta-merta.
(2) Penebatan yang baik: bahan penebat elektrik yang sangat baik, julat aplikasi yang lebih luas.
(3) Kelebihan kos: di mana kekukuhan dan ringan yang melampau tidak diperlukan, ia adalah raja prestasi-kos yang tidak dapat digantikan.

Senario aplikasi

"Pembahagian kerja" antara dua jenis gentian ini telahpun diketahui dengan jelas dan pada asasnya merupakan keseimbangan antara "keperluan prestasi" dan "belanjawan kos":

Gentian karbon: "raja prestasi" dalam bidang premium

(1) Aeroangkasa: badan kapal terbang, pendakap satelit (pengurangan berat sebanyak 30% boleh mengurangkan penggunaan bahan api dan kos pelancaran secara ketara);
(2) Pembuatan premium: badan kereta super, komponen lumba F1, roda gentian karbon (mengambil kira kekuatan dan ringan);
(3) Barangan sukan: raket badminton premium, joran, ski (modulus keanjalan tinggi, rasa lebih tepat);
(4) Situasi khas: peralatan perubatan, peralatan tentera (tahan suhu tinggi, rintangan kakisan, dan tiada gangguan magnetik).

Kaca fiber: "Peranan Praktikal" dalam Kehidupan Rakyat

(1) Industri pembinaan: panel penebat dinding luar, jubin plastik diperkukuh dengan fiber kaca, panel dinding anti-kakisan (tahan cuaca dan murah);
(2) Pengangkutan: kompartmen trak sejuk beku, kerangka RV, lambung kapal am (tahan kakisan, mudah dibentuk);
(3) Elektrik dan elektronik: substrat papan litar, sarung penebat (penebatan baik, berkos rendah);
(4) Keperluan harian: perabot plastik diperkuat gentian kaca (FRP), tong sampah mesra alam, paip (tahan lama dan kawalan kos);

Secara ringkas: mengapa jurangnya begitu besar?

Kembali kepada soalan asal kita, jawapannya jelas:

Bahan mentah dan proses: Penyediaan gentian karbon adalah seperti "bangkit dari abu", dengan kos bahan mentah dan proses yang jauh lebih tinggi berbanding gentian kaca yang dibuat melalui kaedah "leburan ditarik".

Had prestasi: Gentian karbon dalam dua penunjuk utama iaitu kekuatan tentu dan modulus tentu telah melampaui gentian kaca secara menyeluruh, terutamanya dalam bidang kekerasan dan pengurangan berat, menjadikannya tidak dapat digantikan.

Pemasaran dan Penentuan Kedudukan: Serat karbon digunakan dalam industri terkini dan pengguna premium, serta merupakan produk yang "berasaskan teknologi"; manakala serat kaca diterapkan secara meluas dalam pelbagai bidang perindustrian dan sivil, serta merupakan produk yang "berasaskan pasaran".

Jadi kali seterusnya anda memegang rod pancing atau rangka basikal serat karbon, apa yang anda rasai bukan sahaja ringan dan kerasnya produk tersebut, tetapi juga keseluruhan sains bahan terkini, teknologi kompleks dan pengejaran prestasi maksimum yang termampat. Sebaliknya, fiberglass adalah seorang "rakan lama" yang senyap, boleh dipercayai dan berpatutan dalam kehidupan kita.