Zobrazení: 94 Autor: Editor webu Čas publikování: 2024-08-15 Původ: místo
Skleněná vlákna, uhlíková vlákna a aramidová vlákna jsou v současnosti široce používané vyztužovací materiály.
Laminát
Tkanina z uhlíkových vláken
Aramid (Kevlar®) Tkanina
Pevnost v tahu je maximální napětí, kterému může materiál odolat před natažením. Některé nekřehké materiály se před zlomením deformují, ale Kevlar ® (aramidová) vlákna, uhlíkových vláken a E-skleněná vlákna jsou křehká a lámou se s malou deformací. Pevnost v tahu se měří jako síla na jednotku plochy (Pa nebo Pascaly).
Stres je síla a deformace je průhyb způsobený stresem. Níže uvedená tabulka ukazuje srovnání pevnosti v tahu tří běžně používaných výztužných vláken: uhlíkových vláken, aramidových vláken, skelných vláken a epoxidové pryskyřice. Stojí za zmínku, že tyto údaje jsou pouze pro srovnání a mohou se lišit podle výrobního procesu, složení epoxidové pryskyřice, složení aramidu, prekurzorového vlákna uhlíkového vlákna atd. a jsou vyjádřeny v MPa.
Při porovnání hustot těchto tří materiálů lze mezi třemi vlákny vidět značné rozdíly. Pokud jsou vyrobeny tři vzorky přesně stejné velikosti a hmotnosti, rychle se ukáže, že vlákna Kevlar® jsou mnohem lehčí, přičemž uhlíková vlákna jsou těsně na druhém místě a vlákna E-skleněná jsou nejtěžší. Proto lze při stejné hmotnosti kompozitu získat vyšší pevnost s uhlíkovými vlákny nebo Kevlarem®. Jinými slovy, jakákoliv struktura vyrobená z uhlíkových vláken nebo kompozitů Kevlar®, která vyžaduje danou pevnost, je menší nebo tenčí než struktura vyrobená ze skleněných vláken. Po vyrobení a testování vzorků se zjistí, že kompozity ze skleněných vláken váží téměř dvakrát tolik než lamináty z Kevlaru® nebo uhlíkových vláken. To znamená, že použitím Kevlaru® nebo uhlíkových vláken lze ušetřit hodně hmotnosti. Tato vlastnost se nazývá poměr pevnosti k hmotnosti.
Youngův modul je mírou tuhosti elastického materiálu a je to způsob popisu materiálu. Je definován jako poměr jednoosého (v jednom směru) napětí k jednoosému přetvoření (deformace ve stejném směru). Youngův modul = napětí/deformace, což znamená, že materiály s vysokým Youngovým modulem jsou tužší než materiály s nízkým Youngovým modulem.
Tuhost uhlíkových vláken, Kevlaru® a skelných vláken se značně liší. Uhlíkové vlákno je asi dvakrát tužší než vlákno aramidové a pětkrát tužší než vlákno skleněné. Nevýhodou vynikající tuhosti uhlíkových vláken je, že mají tendenci být křehčí. Když selže, má tendenci nevykazovat velké napětí nebo deformace.
Kevlar® i uhlíková vlákna jsou odolné vůči vysokým teplotám a nemají bod tání. Oba materiály byly použity v ochranných oděvech a ohnivzdorných tkaninách. Skleněné vlákno se nakonec roztaví, ale je také vysoce odolné vůči vysokým teplotám. Požární odolnost mohou samozřejmě zvýšit i matná skelná vlákna používaná v budovách.
Uhlíková vlákna a Kevlar® se používají k výrobě ochranných hasicích nebo svářečských přikrývek nebo oděvů. kevlarové rukavice se často používají v masném průmyslu k ochraně rukou při používání nožů. Tepelná odolnost matrice (obvykle epoxidové) je také důležitá, protože vlákna se zřídka používají samostatně. Při vystavení teplu epoxidová pryskyřice rychle měkne.
Uhlíkové vlákno vede elektřinu, ale Kevlar® a skleněné vlákno ne. Kevlar® se používá pro tažení drátů v přenosových věžích. Přestože nevede elektřinu, absorbuje vodu a voda elektřinu vede. Proto musí být na kevlar v takových aplikacích aplikován vodotěsný nátěr.
Vzhledem k tomu, že uhlíkové vlákno může vést elektřinu, stává se koroze galvanické vazby problémem, když se dostane do kontaktu s jinými kovovými částmi.
Aramidová vlákna se rozkládají na slunci a v prostředí s vysokým UV zářením. Uhlíková nebo skleněná vlákna nejsou příliš citlivá na UV záření. Některé běžně používané matrice, jako jsou epoxidové pryskyřice, se však zadržují na slunečním světle, kde zbělají a ztratí svou pevnost. Polyesterové a vinylesterové pryskyřice jsou odolnější vůči UV záření, ale slabší než epoxidové pryskyřice.
Pokud se součást opakovaně ohýbá a rovná, nakonec selže kvůli únavě. Uhlíkové vlákno je poněkud citlivé na únavu a má tendenci katastrofálně selhat, zatímco Kevlar® je odolnější vůči únavě. Skleněné vlákno je někde mezi.
Kevlar® je vysoce odolný proti oděru, což ztěžuje řezání. Jedním z běžných použití Kevlaru® jsou ochranné rukavice pro oblasti, kde může dojít k pořezání rukou sklem nebo kde se používají ostré čepele. Uhlíková a skleněná vlákna jsou méně odolná.
Aramidová vlákna jsou citlivá na silné kyseliny, zásady a určitá oxidační činidla (např. chlornan sodný), které mohou způsobit degradaci vláken. Běžná chlorová bělidla (např. Clorox®) a peroxid vodíku nelze použít s Kevlarem®. Kyslíková bělidla (např. perboritan sodný) lze použít bez poškození aramidových vláken.
Uhlíková vlákna jsou velmi stabilní a necitlivá na chemickou degradaci. Epoxidová matrice však degraduje.
Aby uhlíková vlákna, Kevlar® a sklo fungovaly optimálně, musí být drženy na místě v matrici (obvykle epoxidová pryskyřice). Schopnost epoxidové pryskyřice vázat se na různá vlákna je proto kritická.
Uhlíková i skleněná vlákna se mohou snadno lepit na epoxid, ale vazba aramidových vláken a epoxidu není tak pevná, jak je požadováno, a tato snížená adheze umožňuje pronikání vody. V důsledku toho snadnost, s jakou mohou aramidová vlákna absorbovat vodu, spojená s nežádoucí přilnavostí k epoxidu, znamená, že pokud je povrch kompozitu kevlar® poškozen a může do něj vniknout voda, může Kevlar® absorbovat vodu podél vláken a oslabit kompozit.
Aramid je světle zlatý v přírodním stavu, lze jej barvit a nyní přichází v mnoha pěkných odstínech. Skleněné vlákno je dostupné i v barevných verzích. Uhlíkové vlákno je vždy černé a lze jej míchat s barevným aramidem, ale nelze je barvit samo.
Po porovnání výše uvedených 11 položek jsme získali předběžné pochopení těchto tří materiálů.
Konkrétní výběr materiálu bude záviset na konkrétní aplikaci a ekonomických úvahách, aby se dospělo k uspokojivému řešení.
Máte-li jakékoli dotazy, kontaktujte tým JLON, který může poskytnout profesionální technickou podporu, která vám pomůže optimalizovat náklady a ušetřit čas a úsilí.
