கார்பன் ஃபைபர் மற்றும் அலுமினியம்: உண்மையான வலிமை சவால்

சுருக்கமாக

கார்பன் ஃபைபர் என்பது இழுவிசை வலிமை மற்றும் எடை-விகிதத்தில் கடினத்தன்மையில் அலுமினியத்தை விட வலிமையானது, இது உயர் செயல்திறன் மற்றும் குறைந்த எடை முக்கியமான பயன்பாடுகளுக்கு ஏற்றது. இருப்பினும், அலுமினியம் சிறந்த தாக்க எதிர்ப்பை வழங்குகிறது மற்றும் வளைவதன் மூலம் முன்னறியத்தக்க வகையில் தோல்வியடைகிறது, அதே நேரத்தில் கார்பன் ஃபைபர் திடீர் தாக்கத்தில் உடைந்து விடலாம். வலிமை, நீடித்தன்மை மற்றும் செலவு ஆகியவற்றிற்கான குறிப்பிட்ட தேவைகளைப் பொறுத்து இவற்றில் ஒன்றைத் தேர்வு செய்வது ஒரு நுணுக்கமான பொறியியல் முடிவாகும்.

‘வலிமை’யை வரையறுத்தல்: பல அம்சங்களைக் கொண்ட ஒப்பீடு

கார்பன் ஃபைபர் அலுமினியத்தை விட வலிமையானதா என்று கேட்கும்போது, 'வலிமை' என்பது ஒரே ஒரு பண்பல்ல என்பதை புரிந்து கொள்வது முக்கியம். ஒரு குறிப்பிட்ட பணிக்கு பொருட்கள் ஏற்றதா இல்லையா என்பதை தீர்மானிக்க, பல சுட்டிகளில் பொறியாளர்கள் பொருட்களை மதிப்பீடு செய்கின்றனர். அவற்றில் மிக முக்கியமானவை இழுவை வலிமை, கடினத்தன்மை (நெகிழ்ச்சி அல்லது நெகிழ்வுத்தன்மை என்றும் அழைக்கப்படுகிறது), மற்றும் தாக்க எதிர்ப்பு ஆகும். இவற்றில் ஒவ்வொன்றும் ஒரு பொருளின் வலிமைக்கு உட்படும்போது வெவ்வேறு அம்சங்களை வெளிப்படுத்துகிறது, இந்த சூழலில் கார்பன் ஃபைபர் மற்றும் அலுமினியம் தெளிவாக வேறுபட்ட பண்புகளைக் காட்டுகின்றன.

இழுவை வலிமை என்பது ஒரு பொருள் இழுத்து பிரிக்கப்படுவதை எவ்வளவு தாங்கும் என்பதை அளவிடுகிறது. இந்த துறையில் தான் கார்பன் ஃபைபர் உண்மையிலேயே சிறப்பாக செயல்படுகிறது. ஒரு கலப்பு பொருளாக, ரெசினுடன் பிணைக்கப்பட்ட நெசவு கார்பன் இழைகள் நீட்சி விசைகளுக்கு மிக அதிக எதிர்ப்பை உருவாக்கும் அமைப்பை உருவாக்குகின்றன. இதற்கு மாறாக, அலுமினியம் வலிமையானதாக இருந்தாலும், அது வடிவம் மாறத் தொடங்கி இறுதியில் உடைந்து போவதற்கு முன்னர் குறைந்த விலக்கம் கொண்டது. டிராகன்பிளேட் , கார்பன் ஃபைபர் 1035 MPa வரை இழுவிசை வலிமையைக் கொண்டிருக்கலாம், அதே நேரத்தில் 6061-T6 அலுமினியம் சுமார் 310 MPa ஆக உள்ளது. இது விமானத்தின் இறகுகள் அல்லது உயர் செயல்திறன் சைக்கிள் சட்டங்கள் போன்ற பயன்பாடுகளில் முதன்மையான விசை இழுவிசையாக இருக்கும்போது கார்பன் ஃபைபரை சிறந்த தேர்வாக ஆக்குகிறது.

கடினத்தன்மை, அல்லது விறைப்பு, எடையின் கீழ் வளைவதை அல்லது மாற்றத்தை எதிர்க்கும் ஒரு பொருளின் திறனைக் குறிக்கிறது. ஒரு கடினமான பொருள் குறைவாக வளையும். இங்கேயும், கார்பன் ஃபைபர் குறிப்பிடத்தக்க நன்மையைக் கொண்டுள்ளது. இது அலுமினியத்தை விட சுமார் 1.7 மடங்கு அதிக கடினத்தன்மை-எடை விகிதத்தைக் கொண்டுள்ளது. ரோபோட்டிக்ஸ், உயர் தர ஆட்டோமொபைல் சட்டங்கள் மற்றும் அறிவியல் கருவிகள் போன்ற துல்லியத்தையும் குறைந்த வளைவையும் தேவைப்படும் பயன்பாடுகளில் இந்த பண்பு முக்கியமானது. அலுமினியம் நெகிழ்வான மாற்றத்திற்கு அதிகம் ஆளாகிறது, இதன் அர்த்தம் அதே சுமையின் கீழ் அது அதிகமாக வளையும், வடிவமைப்பு இலக்கைப் பொறுத்து இது ஒரு குறைபாடாகவோ அல்லது நன்மையாகவோ இருக்கலாம்.

தாக்க எதிர்ப்பு, அல்லது உறுதி, ஒரு பொருள் திடீரென்று வலுக்கட்டாயமாக அடிக்கப்படும்போது அதை எவ்வாறு சமாளிக்கிறது என்பதை விளக்குகிறது. இந்த துறையில் அலுமினியம் பெரும்பாலும் மேல்தட்டில் இருக்கும். அதன் உலோக படிக அமைப்பு அது வடிவம் மாறுவதன் மூலம் தாக்க ஆற்றலை உறிஞ்சி, பரப்புவதற்கு அனுமதிக்கிறது—அது குழி படைகிறது மற்றும் வளைகிறது. கார்பன் ஃபைபர் என்பது ஓர் ஓட்டையான பொருள் என்பதால், கூர்மிக்க தாக்கத்திற்கு பிளவுபடுவதற்கும் சிதறுவதற்கும் அதிக வாய்ப்புள்ளது. அது அழுத்தத்தின் குறிப்பிட்ட திசைகளில் பெரும் வலிமையை தாங்க முடியும் என்றாலும், தவறான திசையில் இருந்து வரும் திடீர் தாக்கம் எச்சரிக்கை இல்லாமலேயே பேரழிவை ஏற்படுத்தக்கூடும். இதனால் மோதல்கள் அல்லது கடுமையான கையாளுதலுக்கு ஆளாகக்கூடிய பகுதிகளுக்கு அலுமினியம் மிகவும் பொறுமையான பொருளாக இருக்கிறது.

எடைக்கான வலிமை விகிதம்: ஏன் இலேசானது வலிமையானதாக இருக்க முடியும்

முழு வலிமை முக்கியமானதாக இருந்தாலும், நவீன பொறியியலில் உண்மையான மாற்றத்தை ஏற்படுத்துவது எடைக்கான வலிமை விகிதமாகும், இது குறிப்பிட்ட வலிமை என்றும் அழைக்கப்படுகிறது. ஒரு பொருளின் அடர்த்தியை சார்ந்து அதன் வலிமையை அளவிடும் இந்த அளவீடு, ஒரே எடையில் எந்த பொருள் வலிமையானது என்ற கேள்விக்கு பதிலளிக்கிறது. இந்த முக்கியமான ஒப்பிட்ட ஆய்வில், கார்பன் ஃபைபர் அலுமினியத்தையும் பெரும்பாலான மற்ற பொருட்களையும் விட தீர்மானமான மற்றும் குறிப்பிடத்தக்க நன்மையைக் கொண்டுள்ளது.

கார்பன் ஃபைபரின் அடர்த்தி தோராயமாக 1.6 கி/செமீ³, அலுமினியத்தின் அடர்த்தி சுமார் 2.7 கி/செமீ³ ஆகும். இதன் விளைவாக, ஒரே பருமத்தில் கார்பன் ஃபைபர் அலுமினியத்தை விட சுமார் 40% இலேசானது. இந்த குறைந்த அடர்த்தியை அதன் அதிக இழுவிசை வலிமையுடன் சேர்க்கும்போது, ஒரு கிராமுக்கு சிறந்த செயல்திறனை வழங்கும் பொருள் கிடைக்கிறது. ஒப்பிட்ட தரவுகளின்படி, கார்பன் ஃபைபரின் குறிப்பிட்ட இழுவிசை வலிமை அலுமினியத்தை விட தோராயமாக 3.8 மடங்கு அதிகமாக உள்ளது. இதன் பொருள், அலுமினிய பாகத்திற்கு சமமான வலிமையை கார்பன் ஃபைபர் பாகம் எடையில் சிறிதளவே எடுத்துக்கொண்டு வழங்க முடியும்.

இதை இரு விளையாட்டு வீரர்களை ஒப்பிடுவதாக நினைத்துப் பாருங்கள்: ஒரு கனமான எடைதூக்குபவரும், ஒரு இலகுவான கண்யாஸ்டும். மொத்த எடையை தூக்குவதில் (அதிகபட்ச வலிமை) எடைதூக்குபவர் சிறந்தவராக இருக்கலாம், ஆனால் கண்யாஸ்ட் தனது உடல் எடையை எளிதாகவும், மிக அதிக திறமையுடனும் தூக்க முடியும் (சிறப்பு வலிமை). இதனால்தான் விமானப் போக்குவரத்து, ஃபார்முலா 1 ரேஸிங், போட்டி சைக்கிள் ஓட்டம் போன்ற துறைகளில் எடையை குறைப்பது முக்கியமாக இருக்கும் போது, கார்பன் ஃபைபர் தேர்வு செய்யப்படும் பொருளாக உள்ளது. எடையைக் குறைப்பது நேரடியாக சிறந்த எரிபொருள் திறமை, வேகமான முடுக்கம் மற்றும் அதிக நெகிழ்வுத்தன்மைக்கு வழிவகுக்கிறது.

வலிமைக்கு அப்பால்: பொறுமை, தோல்வி வடிவங்கள் மற்றும் செலவு

எளிய வலிமை அளவுகோல்களுக்கு அப்பாற்பட்ட, உண்மையான உலக காரணிகளை உள்ளடக்கிய ஒரு விரிவான ஒப்பிடுதல், பொருளின் நீடித்திருத்தல், எவ்வாறு பொருள் சேதமடைகிறது மற்றும் மொத்த செலவு போன்றவற்றை உள்ளடக்கியது. இந்த கருத்துகள் பெரும்பாலும் ஒரு திட்டத்தில் இறுதி பொருள் தேர்வை தீர்மானிக்கின்றன. நீடித்திருத்தலை பொறுத்தவரை, கார்பன் ஃபைபர் சோர்வு மற்றும் அழுக்கு எதிர்ப்பில் சிறந்த எதிர்ப்பை வழங்குகிறது. இது தொடர்ச்சியான அழுத்த சுழற்சிகளை சிதைவின்றி தாங்கிக்கொள்ளும் திறன் கொண்டது மற்றும் உலோகங்களை பாதிக்கக்கூடிய துருப்பிடித்தல் மற்றும் பிற வேதியியல் அழுக்கு ஆகியவற்றிற்கு எதிராக நோயெதிர்ப்பு கொண்டது. அலுமினியம், அதன் பாஸிவேட்டிங் ஆக்சைடு அடுக்கு காரணமாக அழுக்கு எதிர்ப்பு கொண்டிருந்தாலும், நேரம் செல்லச் செல்ல சோர்வுக்கு அதிகம் ஆளாகிறது, இது சுழல் சுமைகளுக்கு கீழ் நுண்ணிய விரிசல்கள் உருவாவதற்கு வழிவகுக்கும்.

இருப்பினும், இந்தப் பொருட்கள் தோல்வியடையும் விதம் முற்றிலும் வேறுபட்டது. அலுமினியம் என்பது ஒரு நெகிழிய பொருளாகும், இது உடைவதற்கு முன் வளைகிறது, வடிவம் மாறுகிறது மற்றும் நீண்டுகொண்டே செல்கிறது. இது தோல்வி நெருங்குவதை காட்சிப்பூர்வமாக எச்சரிக்கை செய்கிறது, இது பல பயன்பாடுகளில் மிக முக்கியமான பாதுகாப்பு அம்சமாகும். கார்பன் ஃபைபர், மாறாக, பொட்டென்று உடைந்துவிடும் தன்மை கொண்டது. அதிக சுமையின் கீழ் இது விடுபடவோ அல்லது வடிவம் மாறவோ இல்லை; பதிலாக, அது திடீரென சிதறிவிடும் அல்லது விரிசல் விடும் மூலம் திடீரென தோல்வியடைகிறது. எதிர்பாராத உடைவுகளைத் தடுக்க பொறியாளர்கள் பெரிய பாதுகாப்பு அளவுகளுடன் வடிவமைக்க வேண்டும்.

செலவு மற்றொரு முக்கியமான வேறுபாடாகும். கார்பன் ஃபைபர் அலுமினியத்தை விட மிகவும் விலையுயர்ந்தது, ஒரு பவுண்டுக்கு பதினைந்து மடங்கு அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட அளவில் இருக்கும். கார்பன் ஃபைபர் கலவைகளை உற்பத்தி செய்வது சிக்கலான, ஆற்றல் அதிகம் தேவைப்படும் செயல்முறையாகும், மேலும் சிறப்பு தொழிலாளர்கள் மற்றும் உபகரணங்கள் தேவைப்படுகின்றன. மாறாக, அலுமினியம் பூமியில் மிகவும் அதிகமாகக் கிடைக்கும் உலோகங்களில் ஒன்றாகும், மேலும் அதன் உற்பத்தி செயல்முறைகள் நிலையானவையும், செலவு குறைந்தவையுமாகும். இதனால் கார்பன் ஃபைபரின் அதிகபட்ச செயல்திறன் கண்டிப்பான தேவையில்லாத பெருமளவிலான பொருட்கள் மற்றும் குறைந்த பட்ஜெட் திட்டங்களுக்கு அலுமினியம் நடைமுறை தேர்வாக அமைகிறது.

நடைமுறை பயன்பாடுகள்: பணிக்கு ஏற்ற சரியான பொருளைத் தேர்வு செய்தல்

கார்பன் ஃபைபர் மற்றும் அலுமினியம் இடையேயான தொழில்நுட்ப வேறுபாடுகள் அவை எங்கு பயன்படுத்தப்படுகின்றன என்பதை நேரடியாக தீர்மானிக்கின்றன. எந்த பொருள் பார்க்கிலும் "மேம்பட்டது" என்பது குறித்து தேர்வு செய்வதில்லை, ஆனால் குறிப்பிட்ட பயன்பாட்டின் தேவைகளுக்கு எது சிறந்ததாக பொருத்தமாக இருக்குமோ அதைத் தேர்வு செய்கிறோம். ஒவ்வொரு பொருளின் தனித்துவமான பண்புகள் அவற்றை தனித்தனியான மற்றும் சில நேரங்களில் ஓவர்லேப் ஆகும் துறைகளுக்கு ஏற்றதாக ஆக்குகின்றன.

கார்பன் ஃபைபர் எப்போது தேர்வு செய்ய வேண்டும்

செயல்திறன் மிக முக்கியமானது மற்றும் எடை ஒரு முக்கியமான தண்டனை போது கார்பன் ஃபைபர் முதன்மை தேர்வாகும். அதன் விதிவிலக்கான கடினத்தன்மை-எடை மற்றும் வலிமை-எடை விகிதங்கள் உயர் தொழில்நுட்பத் தொழில்களில் இன்றியமையாதவை. முக்கிய பயன்பாடுகள் பின்வருமாறுஃ

• வானூர்தி தொழில்நுட்பம்: விமானங்கள் மற்றும் விண்வெளிக் கப்பல்களின் கூறுகள், அதாவது இறக்கைகள், விமானத் துண்டுகள் மற்றும் கட்டமைப்பு அடைப்புக்குறிகள், எடையைக் குறைக்க கார்பன் ஃபைபர் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, இது எரிபொருளைச் சேமிக்கிறது மற்றும் பயனுள்ள சுமை திறனை அதிகரிக்கிறது.
• மோட்டார் விளையாட்டு: ஃபார்முலா 1 மற்றும் பிற உயர்நிலை பந்தய தொடர்களில், கார்பன் ஃபைபர் வேகத்தையும் பாதுகாப்பையும் அதிகரிக்க சேஸி (மோனோகோக்), கார்பஸ் பேனல்கள் மற்றும் ஏரோடைனமிக் கூறுகளுக்கு பயன்படுத்தப்படுகிறது.
• உயர்தர சைக்கிள்கள்: போட்டி சைக்கிள் ஓட்டுநர்கள் கார்பன் ஃபைபர் பிரேம்களை தங்கள் இறுக்கத்தன்மை மற்றும் குறைந்த எடைக்காக விரும்புகிறார்கள், இது அதிக திறமையான சக்தி பரிமாற்றம் மற்றும் வேகமான ஏறுதலுக்கு மொழிபெயர்க்கப்படுகிறது.
• மருத்துவ உபகரணங்கள்: செயற்கை கைகள் மற்றும் படங்கள் எடுக்கும் உபகரணங்களுக்கான கூறுகள் கார்பன் ஃபைபரின் இலகுரக எடை மற்றும் ரேடியோ-வெளிப்படைத்தன்மை (இது எக்ஸ்-கதிர்களைத் தடுக்காது) ஆகியவற்றால் பயனடைகின்றன.

அலுமினியத்தை எப்போது தேர்வு செய்ய வேண்டும்

அலுமினியம் எண்ணற்ற தொழில்களில் அதன் சிறந்த வலிமை, குறைந்த செலவு மற்றும் உற்பத்தித்திறன் ஆகியவற்றின் காரணமாக ஒரு மேலாதிக்க பொருளாக உள்ளது. தாக்க எதிர்ப்பு, எளிதான உற்பத்தி மற்றும் பட்ஜெட் ஆகியவை முதன்மை கவலைகளாக இருக்கும்போது இது தேர்ந்தெடுக்கப்படுகிறது. சிறந்த பயன்பாடுகள் பின்வருமாறுஃ

• பொது வாகன உற்பத்தி: கார்பன் ஃபைபர் அதிக செலவு இல்லாமல் எடையைக் குறைப்பதற்கும் எரிபொருள் செயல்திறனை மேம்படுத்துவதற்கும் நுகர்வோர் வாகனங்களில் இயந்திரத் தொகுதிகள், சக்கரங்கள், சேஸ் கூறுகள் மற்றும் கார்பஸ் பேனல்களுக்கு அலுமினியம் பரவலாகப் பயன்படுத்தப்படுகிறது. உதாரணமாக, வாகனத் துறையில், வலிமை, எடை மற்றும் உற்பத்தி திறன் ஆகியவற்றின் சமநிலை முக்கியமானது, Shaoyi Metal Technology துல்லியமான கூறுகளுக்கான தனிப்பயன் அலுமினிய துள்ளல் தயாரிப்புகளில் நிபுணத்துவம் பெற்றது.
• கட்டுமானம்: ஜன்னல் சட்டங்கள், கட்டிட முகப்புகள் மற்றும் கட்டமைப்பு கூறுகள் அதன் ஆயுள், அரிப்பை எதிர்க்கும் தன்மை மற்றும் இலகுரகத்திற்காக அலுமினியத்தைப் பயன்படுத்துகின்றன.
• நுகர்வோர் மின்னணுவியல்: மடிக்கணினிகள், ஸ்மார்ட்போன்கள் மற்றும் டேப்லெட்களின் பைகள் பெரும்பாலும் ஒரு சிறந்த உணர்வு, ஆயுள் மற்றும் வெப்பக் கழிவுக்காக இயந்திரமயமாக்கப்பட்ட அலுமினியத்திலிருந்து தயாரிக்கப்படுகின்றன.
• சைக்கிள் ரேம்கள்ஃ பெரும்பாலான பொழுதுபோக்கு மற்றும் நடுத்தர வளாக சைக்கிள்களுக்கு, அலுமினியம் சட்டங்கள் செயல்திறன், நீடித்தன்மை மற்றும் குறைந்த விலை ஆகியவற்றின் சிறந்த கலவையை வழங்குகின்றன.

அடிக்கடி கேட்கப்படும் கேள்விகள்

1. கார்பன் ஃபைபர் எல்லா உலோகங்களையும் விட வலிமையானதா?

இது ஒரு பொதுவான தவறான கருத்து. கார்பன் ஃபைபர் ஒரு உலோகம் அல்ல; பாலிமர் ரெசினில் பொதிந்துள்ள கார்பன் இழைகளால் ஆன ஒரு கலப்பு பொருள் இது. எஃகு மற்றும் அலுமினியம் உள்ளிட்ட பல உலோகங்களை விட அதன் எடைக்கான வலிமை விகிதத்தில் இது வலிமையானதாக இருந்தாலும், அதன் அமைப்பு மற்றும் பண்புகளில் இது உலோகத்திலிருந்து அடிப்படையிலேயே வேறுபட்டது.

2. அலுமினியத்தை விட கார்பன் ஃபைபர் அதிகமாக வளைகிறதா?

இல்லை, கார்பன் ஃபைபர் அலுமினியத்தை விட மிகவும் கடினமானது. அதே அளவில், கார்பன் ஃபைபர் பகுதி ஒரு அலுமினியப் பகுதியை விட சுமையின் கீழ் மிகக் குறைவாக வளையும். கார்பன் ஃபைபருக்கான நெகிழ்வுத்தன்மையின் மாடுலஸ் (கடினத்தன்மையை அளவிடும் அளவு) அலுமினியத்தை விட நான்கு மடங்கு வரை அதிகமாக இருக்கலாம், இது வளைவை குறைப்பது முக்கியமான உயர் செயல்திறன் பயன்பாடுகளில் சிறந்த கடினத்தன்மையை வழங்குகிறது.