مزايا وعيوب كيفلار وألياف الكربون والألياف الزجاجية

خصائص المواد الألياف التعزيز PK

1 قوة الشد

قوة الشد هي الحد الأقصى للضغط الذي يمكن أن تحمله المادة قبل التمدد. بعض المواد غير البريطانية تشوه قبل الانهيار ، ولكن ألياف Kevlar ® (Aramid) ، ألياف الكربون و الألياف الزجاجية الإلكترونية هشة وتتكسر مع القليل من التشوه. يتم قياس قوة الشد كقوة لكل وحدة مساحة (PA أو PASCALS).

الإجهاد هو القوة والسلالة هي الانحراف بسبب الإجهاد. يوضح الجدول أدناه مقارنة بين قوة الشد لثلاثة ألياف معززة شائعة الاستخدام: ألياف الكربون وألياف أراميد وألياف زجاجية وراتنج الايبوكسي. تجدر الإشارة إلى أن هذه الأرقام هي للمقارنة فقط ويمكن أن تختلف مع عملية التصنيع ، وتكوين راتنج الايبوكسي ، وصياغة aramid ، وألياف السلائف لألياف الكربون ، وما إلى ذلك ، ويتم التعبير عنها في MPA.

2. الكثافة ونسبة القوة إلى الوزن

عند مقارنة كثافات المواد الثلاث ، يمكن رؤية اختلافات كبيرة بين الألياف الثلاثة. إذا تم تصنيع ثلاث عينات من نفس الحجم والوزن بالضبط ، يصبح من الواضح بسرعة أن ألياف Kevlar® أخف بكثير ، حيث تأتي ألياف الكربون في المرتبة الثانية والألياف الإلكترونية الأثقل. لذلك ، لنفس وزن المركب ، يمكن الحصول على قوة أعلى باستخدام ألياف الكربون أو kevlar®. بمعنى آخر ، أي بنية مصنوعة من ألياف الكربون أو مركبات Kevlar® تتطلب قوة معينة أصغر أو أرق من واحدة مصنوعة من الألياف الزجاجية. بعد إجراء العينات واختبارها ، سيتبين أن مركبات الألياف الزجاجية تزن ضعف ما يقرب من ضعف Lavlar® أو ألياف الكربون. هذا يعني أنه يمكن حفظ الكثير من الوزن باستخدام Kevlar® أو ألياف الكربون. وتسمى هذه الخاصية نسبة القوة إلى الوزن.

3. معامل يونغ يونغ

معامل يونغ هو مقياس لتصلب مادة مرنة وهي وسيلة لوصف مادة. يتم تعريفه على أنه نسبة الإجهاد أحادي المحور (في اتجاه واحد) إلى إجهاد أحادي المحور (تشوه في نفس الاتجاه). معامل يونغ = الإجهاد/الإجهاد ، مما يعني أن المواد ذات معامل الشباب العليا أكثر صلابة من تلك التي لديها معامل الشباب المنخفض.

تختلف صلابة ألياف الكربون ، Kevlar® والألياف الزجاجية بشكل كبير. ألياف الكربون حوالي ضعف قاسية مثل ألياف الأراميد وخمس مرات أكثر صلابة من الألياف الزجاجية. الجانب السلبي لتصلب ألياف الكربون الممتازة هو أنه يميل إلى أن يكون أكثر هشاشة. عندما يفشل ، فإنه يميل إلى عدم إظهار الكثير من الضغط أو التشوه.

4. القابلية للاشتعال والتفسير الحراري

كل من kevlar® وألياف الكربون مقاومون لدرجات حرارة عالية وليس لهما نقطة انصهار. تم استخدام كل من المواد في الملابس الوقائية والأقمشة المقاومة للحريق. ستذوب الألياف الزجاجية في النهاية ، ولكنها أيضًا مقاومة للغاية لدرجات الحرارة العالية. بطبيعة الحال ، يمكن أن تزيد الألياف الزجاجية المتجمدة المستخدمة في المباني من مقاومة الحريق.

تُستخدم ألياف الكربون و Kevlar® لصنع بطانيات أو ملابس لحام وقائية. غالبًا ما يتم استخدام قفازات Kevlar في صناعة اللحوم لحماية الأيدي عند استخدام السكاكين. تعد مقاومة الحرارة للمصفوفة (عادةً عادةً الإيبوكسي) مهمة لأن الألياف نادراً ما تستخدم من تلقاء نفسها. عندما تتعرض للحرارة ، ينعم راتنج الايبوكسي بسرعة.

5. الموصلية الكهربائية ، الموصلية

تقوم ألياف الكربون بإجراء الكهرباء ، لكن Kevlar® والألياف الزجاجية لا تستخدم. يستخدم Kevlar® لسحب الأسلاك في أبراج الإرسال. على الرغم من أنها لا تجري الكهرباء ، إلا أنها تمتص الماء والماء لا تعمل بالكهرباء. لذلك ، يجب تطبيق طلاء مقاوم للماء على كيفلار في مثل هذه التطبيقات.

نظرًا لأن ألياف الكربون يمكن أن تسيطر على الكهرباء ، يصبح تآكل الاقتران الجلفاني مشكلة عندما يتلامس مع الأجزاء المعدنية الأخرى.

6. تدهور الأشعة فوق البنفسجية

سوف تتحلل ألياف Aramid في ضوء الشمس وبيئات الأشعة فوق البنفسجية العالية. ألياف الكربون أو الزجاجية ليست حساسة للغاية للإشعاع بالأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك ، يتم الاحتفاظ ببعض المصفوفات شائعة الاستخدام مثل راتنجات الإيبوكسي في ضوء الشمس حيث ستتبيض وتفقد قوته. راتنجات البوليستر والفينيل استر أكثر مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ، ولكنها أضعف من راتنجات الإيبوكسي.

7. مقاومة التعب

إذا كان جزءًا ينحني مرارًا وتكرارًا ، فسوف يفشل في النهاية بسبب التعب. ألياف الكربون حساسة إلى حد ما للإرهاق وتميل إلى الفشل الكارثي ، في حين أن Kevlar® أكثر مقاومة للإرهاق. الألياف الزجاجية في مكان ما بينهما.

8. مقاومة التآكل

kevlar® مقاوم للغاية للتآكل ، مما يجعل من الصعب قطعها. أحد الاستخدامات الشائعة لـ Kevlar® هي قفازات واقية للمناطق التي قد يتم فيها قطع الأيدي بواسطة الزجاج أو حيث يتم استخدام شفرات حادة. ألياف الكربون والزجاج أقل مقاومة.

9. المقاومة الكيميائية 

ألياف الأراميد حساسة للأحماض القوية والقلوية وعوامل مؤكسدة معينة (مثل أيوكلوريت الصوديوم) ، والتي يمكن أن تسبب تدهور الألياف. لا يمكن استخدام المبيضات الكلور الشائعة (مثل Clorox®) وبيروكسيد الهيدروجين مع Kevlar®. يمكن استخدام مبيضات الأكسجين (مثل Perborate) دون إتلاف ألياف أراميد.

ألياف الكربون مستقرة للغاية وغير حساسة للتدهور الكيميائي. ومع ذلك ، فإن مصفوفة الايبوكسي سوف تتحلل.

10. خصائص الترابط بين الجسم 

من أجل ألياف الكربون ، يقوم Kevlar® و Glass بأداء الأداء على النحو الأمثل ، ويجب أن يتم الاحتفاظ بها في مكانها في المصفوفة (عادة راتنج الايبوكسي). وبالتالي فإن قدرة راتنج الايبوكسي على الرابطة مع الألياف المختلفة أمر بالغ الأهمية.

يمكن أن يلتزم كل من الألياف الكربونية والزجاجية بسهولة بالإيبوكسي ، لكن رابطة الألياف الألياف الأليفية ليست قوية كما هو مطلوب ، وهذا الالتصاق المخفض يسمح باختراق الماء. ونتيجة لذلك ، فإن السهولة التي يمكن أن تمتص بها ألياف الأراميد امتصاص الماء ، إلى جانب التصاق غير المرغوب فيه للإيبوكسي ، تعني أنه إذا كان سطح مركب Kevlar® قد تضرر وقد يدخل الماء ، فقد يمتص Kevlar® الماء على طول الألياف ويضعف المركب.

11. اللون ونسج

Aramid هو الذهب الفاتح في حالته الطبيعية ، يمكن أن يكون ملونًا ويأتي الآن في العديد من الظلال اللطيفة. الألياف الزجاجية متوفرة أيضًا في الإصدارات الملونة. ألياف الكربون أسود دائمًا ويمكن مزجها بالأراميد الملون ، ولكن لا يمكن تلوينها بنفسها.