Fordele og ulemper ved Kevlar, kulfiber og glasfiber

Forstærkningsfibermateriale egenskaber PK

1 trækstyrke

Trækstyrke er det maksimale stress, som et materiale kan modstå, før det strækker sig. Nogle ikke-sprøde materialer deformerer inden de bryder, men Kevlar ® (Aramid) fibre, kulstoffibre og E-glasfibre er skrøbelige og bryder med lidt deformation. Trækstyrke måles som kraft pr. Enhedsareal (PA eller Pascals).

Stress er kraften, og belastningen er afbøjningen på grund af stress. Tabellen nedenfor viser en sammenligning af trækstyrken for tre almindeligt anvendte forstærkende fibre: kulfiber, aramidfiber, glasfiber og epoxyharpiks. Det er værd at bemærke, at disse tal kun er til sammenligning, og de kan variere med fremstillingsprocessen, sammensætningen af ​​epoxyharpiksen, formuleringen af ​​aramiden, forløberfiberen i kulfiberen osv. Og udtrykkes i MPA.

2. tæthed og styrke-til-vægt-forhold

Når man sammenligner tætheden af ​​de tre materialer, kan der ses betydelige forskelle mellem de tre fibre. Hvis der fremstilles tre prøver af nøjagtigt samme størrelse og vægt, bliver det hurtigt tydeligt, at Kevlar®-fibre er meget lettere, med kulstoffibre, der kommer et tæt sekund og e-glasfibre de tyngste. Derfor kan der for den samme vægt af sammensat opnås højere styrke med carbonfiber eller Kevlar®. Med andre ord er enhver struktur fremstillet af carbonfiber eller Kevlar® -kompositter, der kræver en given styrke, mindre eller tyndere end en lavet af glasfiber. Når der er foretaget prøver, vil det konstatere, at glasfiberkompositter vejer næsten dobbelt så meget som Kevlar® eller carbonfiber -laminater. Dette betyder, at en masse vægt kan reddes ved hjælp af Kevlar® eller carbonfiber. Denne egenskab kaldes styrke-til-vægt-forhold.

3. Youngs Modulus Youngs modul

Youngs modul er et mål for stivheden af ​​et elastisk materiale og er en måde at beskrive et materiale på. Det er defineret som forholdet mellem uniaxial (i en retning) stress og uniaxial stamme (deformation i samme retning). Youngs modul = stress/stamme, hvilket betyder, at materialer med en høj Youngs modul er stivere end dem med en lav Youngs modul.

Stivheden af ​​kulfiber, Kevlar® og glasfiber varierer betydeligt. Carbonfiber er cirka dobbelt så stiv som aramidfiber og fem gange stivere end glasfiber. Ulempen med carbonfiberens fremragende stivhed er, at den har en tendens til at være mere sprød. Når det mislykkes, har det en tendens til ikke at vise meget belastning eller deformation.

4. Anflammbarhed og termisk forklaring

Både Kevlar® og carbonfiber er resistente over for høje temperaturer og har heller ikke et smeltepunkt. Begge materialer er blevet brugt i beskyttelsesbeklædning og brandbestandige stoffer. Glasfiber vil til sidst smelte, men er også meget modstandsdygtig over for høje temperaturer. Naturligvis kan frostede glasfibre, der bruges i bygninger, også øge brandmodstand.

Carbonfiber og Kevlar® bruges til at fremstille beskyttende brandbekæmpelse eller svejsetæpper eller tøj. Kevlar -handsker bruges ofte i kødindustrien til at beskytte hænderne, når man bruger knive. Matrixens varmemodstand (normalt epoxy) er også vigtig, da fibrene sjældent bruges på egen hånd. Når den udsættes for varme, blødgøres epoxyharpiksen hurtigt.

5. Elektrisk ledningsevne, ledningsevne

Carbonfiber udfører elektricitet, men Kevlar® og Glass Fiber gør det ikke. Kevlar® bruges til at trække ledninger i transmissionstårne. Selvom det ikke udfører elektricitet, absorberer det vand og vand udfører elektricitet. Derfor skal en vandtæt belægning anvendes til Kevlar i sådanne applikationer.

Fordi kulfiber kan udføre elektricitet, bliver galvanisk koblingskorrosion et problem, når det kommer i kontakt med andre metaldele.

6. UV -nedbrydning

Aramidfibre forringes i sollys og høje UV -miljøer. Carbon- eller glasfibre er ikke særlig følsomme over for UV -stråling. Imidlertid bevares nogle almindeligt anvendte matrixer, såsom epoxyharpikser, i sollys, hvor den vil blide og miste sin styrke. Polyester- og vinylesterharpikser er mere resistente over for UV, men svagere end epoxyharpikser.

7. Træthedsmodstand

Hvis en del gentagne gange er bøjet og rettet, vil den til sidst mislykkes på grund af træthed. Carbonfiber er noget følsom over for træthed og har en tendens til at mislykkes katastrofalt, mens Kevlar® er mere modstandsdygtig over for træthed. Glasfiber er et sted imellem.

8. Slidbestandighed

Kevlar® er meget modstandsdygtig over for slid, hvilket gør det vanskeligt at skære. En af de almindelige anvendelser af Kevlar® er som beskyttelseshandsker til områder, hvor hænderne kan skæres af glas, eller hvor der anvendes skarpe klinger. Carbon- og glasfibre er mindre resistente.

9. Kemisk modstand 

Aramidfibre er følsomme over for stærke syrer, alkalier og visse oxidationsmidler (f.eks. Natriumhypochlorit), hvilket kan forårsage fibernedbrydning. Almindelige klorblegemidler (f.eks. Clorox®) og brintperoxid kan ikke bruges sammen med Kevlar®. Oxygenblegemidler (f.eks. Natriumperborat) kan anvendes uden at beskadige aramidfibre.

Carbonfibre er meget stabile og ufølsomme over for kemisk nedbrydning. Epoxy -matrixen forringes imidlertid.

10. Kropsobligationsegenskaber 

For at kulstoffibre, Kevlar® og Glass skal udføre optimalt, skal de holdes på plads i matrixen (normalt epoxyharpiks). Epoxyharpiksens evne til at binde til de forskellige fibre er derfor kritisk.

Både carbon- og glasfibre kan let holde sig til epoxy, men Aramid-fiber-epoxy-bindingen er ikke så stærk som ønsket, og denne reducerede vedhæftning giver vandpenetration mulighed for at forekomme. Som et resultat betyder den lethed, hvorpå aramidfibre kan absorbere vand, kombineret med den uønskede vedhæftning til epoxy, at hvis overfladen af ​​Kevlar® -kompositten er beskadiget og vand kan komme ind, kan Kevlar® absorbere vand langs fibrene og svække sammensætningen.

11. Farve og vævning

Aramid er let guld i sin naturlige tilstand, det kan farves og kommer nu i mange dejlige nuancer. Glasfiber fås også i farvede versioner. Carbonfiber er altid sort og kan blandes med farvet aramid, men den kan ikke farves i sig selv.