Kas süsinikkiud on tugevamad kui teras
Süsinikkiud on materjal, mis on insenerimaailma tormiliselt vallutanud. See on kerge, vastupidav ja mitmekülgne materjal, millest on saanud populaarne valik erinevates tööstusharudes, nagu lennundus, autotööstus, merendus, spordivarustus ja palju muud. Süsinikkiudu võrreldakse tavaliselt terasega, mida on tavapärase materjalina kasutatud juba aastaid. Küsimus on aga, kas süsinikkiud on terasest tugevamad? Selles essees uurime süsinikkiu ja terase omadusi ning teeme kindlaks, kas süsinikkiud on tõesti tugevam.
Teras on laialdaselt kasutatav materjal, mis on tugev, vastupidav ja suure tõmbetugevusega. Tõmbetugevus on maksimaalse pinge mõõt, mida materjal võib enne purunemist taluda. Terast on kasutatud juba aastaid ning selle tugevus ja vastupidavus on muutnud selle populaarseks valikuks mitmesugustes rakendustes, näiteks ehitus-, auto- ja masinatööstuses. Teras on tuntud ka oma painde- ja deformatsioonikindluse poolest.
Teisest küljest on süsinikkiud komposiitmaterjal, mis koosneb üksikutest kiududest, mis on vaiguga kokku seotud. Süsinikkiud on tuntud kui ülikerge materjal, millel on kõrge tugevuse ja kaalu suhe. Süsinikkiud on ka tugevam kui teras, suurema tõmbetugevusega. Süsinikkiul on kõrge jäikus, mis tähendab, et see ei saa kergesti painduda ega deformeeruda. Süsinikkiud valmistatakse süsinikurikaste materjalide kuumutamisel väga kõrgele temperatuurile, mille tulemuseks on kiud, mis on nii uskumatult tugevad kui ka kerged.
Üks peamisi tegureid, mis muudab süsinikkiu terasest tugevamaks, on selle tõmbetugevus. Süsinikkiu tõmbetugevus on 1,000 MPa (megapaskal), terase tugevus on aga 400-550 MPa. See tähendab, et süsinikkiud võib enne purunemist taluda kuni 2,5 korda rohkem pinget kui teras. Süsinikkiul on ka suurem jäikus, mis tähendab, et see ei paindu ega deformeeru kergesti.
Teine tegur, mis muudab süsinikkiu terasest tugevamaks, on selle tihedus. Süsinikkiu tihedus on 1,75 g/cm3, terase tihedus aga 7,8 g/cm3. See muudab süsinikkiud terasest palju kergemaks ja seetõttu on süsinikkiud populaarne valik rakendustes, kus kaal on probleem.
Vaatamata oma tugevusele on süsinikkiul siiski üks suur puudus ja see on selle rabedus. Süsinikkiud võib äkilise löögi või löökkoormuse korral kergesti puruneda, erinevalt terasest, mis suudab neid jõude paremini neelata. Lisaks kipub süsinikkiud UV-valguse või niiskuse käes aja jooksul lagunema. See tähendab, et süsinikkiudu tuleb korralikult hooldada, et tagada selle pikaealisus.
Kokkuvõttes on süsinikkiud üldise tõmbetugevuse ja tiheduse poolest tugevam kui teras. Süsinikkiud on ka kerge materjal, mis sobib ideaalselt rakendusteks, kus kaal on kriitiline tegur. Süsinikkiud on aga rabe ja võib äkilise löögi või löökkoormuse korral kergesti puruneda, erinevalt terasest, mis neelab neid jõude paremini. Otsus süsinikkiu või terase kasutamise kohta sõltub lõppkokkuvõttes konkreetsest rakendusest, kusjuures igal materjalil on oma plussid ja miinused.
