Почему бамбук - это «зеленая сталь» азиатской архитектуры 21-го века
Бамбуковое волокно прочнее и дешевле, чем сталь, говорит Дирк Хебель
Углеродное волокно против стали против алюминия против бамбука за и против
Бамбук прочнее стали?
Каковы их сравнительные преимущества в различных направлениях и направлениях?
Я много читал в Интернете, но, похоже, не могу найти однозначного сравнения, которое говорит о цифрах и конкретном сравнении чисел в разных направлениях.
Существуют ли конкретные эксперименты или исследования, результаты которых можно изложить здесь?
Ответы:
Категорически заявлять, что бамбук прочнее стали, немного похоже на утверждение, что автомобили быстрее самолетов. На первый взгляд, это немного шокирует и кажется неправильным. Но автомобиль с ракетным двигателем, безусловно, будет быстрее, чем самолет с одним винтом, на коротком расстоянии по контролируемой трассе. С другой стороны, та же самая ракетная машина проиграет в гонке на путевой скорости черному дрозду SR-71 примерно в 2,5 раза. Обратите внимание, что у каждого транспортного средства есть свои преимущества и недостатки, помимо измерения скорости. Так что это идет с широкими сравнениями материалов. Бамбук может быть прочным, но есть стали, которые почти наверняка будут прочнее. Бамбуковые волокна могут быть более прочными, чем сам бамбук, или даже более прочными, чем некоторые стали, но, вероятно, все еще не приблизятся к прочности самых прочных сталей.
Стали с самой высокой прочностью имеют изотропную прочность около $ 2 \ \ textrm {GPa} $ и имеют пластичность от $ 3 \% $ до $ 10 \% $. Волокна кевлара около $ 3 \ \ textrm {GPa} $, но только вдоль их длины. Их поперечная сила ближе к $ 50 \ \ textrm {MPa} $, и они имеют ограниченную растяжимость, ближе к $ 1 \% $. Все эти значения доступны в Интернете и во многих учебниках. Труднее найти данные по бамбуковому волокну, но источники Вот а также Вот (обе ссылки заканчиваются на ScienceDirect и являются рецензируемыми журнальными статьями) дают интересные результаты. Прежняя ссылка имеет либо $ 350 \ \ textrm {MPa} $, либо $ 550 \ \ textrm {MPa} $ в зависимости от метода подготовки, без сообщаемой дисперсии (хотя, вероятно, существует значительная разница, о ней не сообщалось). Последняя ссылка дает $ 650 \ pm175 \ \ textrm {MPa} $ и $ 800 \ pm100 \ \ textrm {MPa} $ для различных методов подготовки. Обратите внимание, что эти значения по всей длине волокна. Значений поперечной прочности не обнаружено, хотя, вероятно, она на порядок ниже продольной прочности, если механизмы аналогичны небиологическим полимерам. И, во всяком случае, прочность волокон вводит в заблуждение, поскольку волокна должны быть смешаны в композит полимер-матрица для любого использования (за исключением, возможно, в виде веревок), что приведет к значениям прочности, меньшим, чем у одних волокон.
Измерение прочности бамбуковых растений является сложной задачей из-за различий в размерах и форме, а также из-за трудностей с поиском подходящих измерительных инструментов или даже из-за того, какие геометрические значения измерять. Мне не удалось найти какую-либо информацию на тему растений бамбука.
Как и в случае всех проблем с выбором материала, существуют и другие компромиссы, которые стоит рассмотреть в зависимости от применения и требований. Некоторые факторы, которые следует учитывать, включают экологические факторы (бамбук является возобновляемым), факторы окружающей среды (бамбук огнеопасен), факторы нагрузки (сталь может быть пластичной, а ее высокие свойства изотропными), а также соображения веса (бамбук гораздо менее плотный) Другим важным фактором является обработка: сталь всегда изначально изготавливают путем литья в обычную форму, а затем в процессе обработки или непосредственно в форму путем литья. Процесс интенсивный, но относительно простой и понятный. Для формирования бамбукового композита необходимо отделить волокна от оставшегося растительного материала, нарезать их по размеру, покрыть их проклейкой для обеспечения совместимости с матричным материалом, смешать с матричной смолой и, наконец, сформировать форму. Некоторые из этих шагов и то, как они влияют на свойства, еще не совсем понятны.
источник