Προβολές: 94 Συγγραφέας: Επεξεργαστής ιστότοπου Ώρα δημοσίευσης: 2024-08-15 Προέλευση: Τοποθεσία
Οι ίνες γυαλιού, οι ίνες άνθρακα και οι ίνες αραμιδίου είναι όλα ευρέως χρησιμοποιούμενα υλικά ενίσχυσης επί του παρόντος.
Fiberglass
Ύφασμα από ανθρακονήματα
Αραμίδιο (Kevlar®) Ύφασμα
Η αντοχή σε εφελκυσμό είναι η μέγιστη τάση που μπορεί να αντέξει ένα υλικό πριν τεντωθεί. Ορισμένα μη εύθραυστα υλικά παραμορφώνονται πριν σπάσουν, αλλά ίνες Kevlar ® (αραμιδικές), ίνες άνθρακα και Οι ίνες e-glass είναι εύθραυστες και σπάνε με μικρή παραμόρφωση. Η αντοχή εφελκυσμού μετράται ως δύναμη ανά μονάδα επιφάνειας (Pa ή Pascals).
Το στρες είναι η δύναμη και η καταπόνηση είναι η εκτροπή που οφείλεται στην πίεση. Ο παρακάτω πίνακας δείχνει μια σύγκριση της αντοχής σε εφελκυσμό τριών κοινώς χρησιμοποιούμενων ενισχυτικών ινών: ινών άνθρακα, ινών αραμιδίου, ινών γυαλιού και εποξειδικής ρητίνης. Αξίζει να σημειωθεί ότι αυτά τα στοιχεία είναι μόνο για σύγκριση και μπορούν να διαφέρουν ανάλογα με τη διαδικασία κατασκευής, τη σύνθεση της εποξειδικής ρητίνης, τη σύνθεση του αραμιδίου, την πρόδρομη ίνα της ίνας άνθρακα κ.λπ., και εκφράζονται σε MPa.
Κατά τη σύγκριση των πυκνοτήτων των τριών υλικών, μπορούν να φανούν σημαντικές διαφορές μεταξύ των τριών ινών. Εάν κατασκευαστούν τρία δείγματα ακριβώς του ίδιου μεγέθους και βάρους, γίνεται γρήγορα προφανές ότι οι ίνες Kevlar® είναι πολύ πιο ελαφριές, με τις ίνες άνθρακα να έρχονται σε δεύτερη μοίρα και τις ίνες γυαλιού E να είναι οι βαρύτερες. Επομένως, για το ίδιο βάρος σύνθετου υλικού, μεγαλύτερη αντοχή μπορεί να επιτευχθεί με ανθρακονήματα ή Kevlar®. Με άλλα λόγια, οποιαδήποτε δομή κατασκευασμένη από ίνες άνθρακα ή σύνθετα υλικά Kevlar® που απαιτεί μια δεδομένη αντοχή είναι μικρότερη ή λεπτότερη από μια κατασκευασμένη από ίνες γυαλιού. Μετά την κατασκευή και τη δοκιμή των δειγμάτων, θα διαπιστωθεί ότι τα σύνθετα υλικά από ίνες γυαλιού ζυγίζουν σχεδόν διπλάσιο από το Kevlar® ή τα ελάσματα από ίνες άνθρακα. Αυτό σημαίνει ότι μπορεί να εξοικονομηθεί πολύ βάρος χρησιμοποιώντας Kevlar® ή ανθρακονήματα. Αυτή η ιδιότητα ονομάζεται αναλογία αντοχής προς βάρος.
Το μέτρο του Young είναι ένα μέτρο της ακαμψίας ενός ελαστικού υλικού και είναι ένας τρόπος περιγραφής ενός υλικού. Ορίζεται ως ο λόγος της μονοαξονικής (σε μία κατεύθυνση) τάση προς τη μονοαξονική τάση (παραμόρφωση στην ίδια κατεύθυνση). Young's modulus = τάση/καταπόνηση, που σημαίνει ότι τα υλικά με υψηλό συντελεστή Young είναι πιο άκαμπτα από εκείνα με χαμηλό συντελεστή Young.
Η ακαμψία των ινών άνθρακα, του Kevlar® και των ινών γυαλιού ποικίλλει σημαντικά. Οι ίνες άνθρακα είναι περίπου δύο φορές πιο άκαμπτες από τις ίνες αραμιδίου και πέντε φορές πιο άκαμπτες από τις ίνες γυαλιού. Το μειονέκτημα της εξαιρετικής ακαμψίας των ανθρακονημάτων είναι ότι τείνει να είναι πιο εύθραυστο. Όταν αποτυγχάνει, τείνει να μην παρουσιάζει μεγάλη καταπόνηση ή παραμόρφωση.
Τόσο το Kevlar® όσο και οι ανθρακονήματα είναι ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες και κανένα δεν έχει σημείο τήξης. Και τα δύο υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί σε προστατευτικά ρούχα και πυρίμαχα υφάσματα. Οι ίνες γυαλιού θα λιώσουν τελικά, αλλά είναι επίσης πολύ ανθεκτικές στις υψηλές θερμοκρασίες. Φυσικά, οι ίνες παγωμένου γυαλιού που χρησιμοποιούνται στα κτίρια μπορούν επίσης να αυξήσουν την αντίσταση στη φωτιά.
Οι ανθρακονήματα και το Kevlar® χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προστατευτικών κουβερτών ή ρούχων πυρόσβεσης ή συγκόλλησης. Τα γάντια kevlar χρησιμοποιούνται συχνά στη βιομηχανία κρέατος για την προστασία των χεριών κατά τη χρήση μαχαιριών. Η αντίσταση στη θερμότητα της μήτρας (συνήθως εποξειδική) είναι επίσης σημαντική καθώς οι ίνες σπάνια χρησιμοποιούνται μόνες τους. Όταν εκτίθεται σε θερμότητα, η εποξειδική ρητίνη μαλακώνει γρήγορα.
Οι ίνες άνθρακα αγώγουν τον ηλεκτρισμό, αλλά το Kevlar® και οι ίνες γυαλιού όχι. Το Kevlar® χρησιμοποιείται για το τράβηγμα των καλωδίων στους πύργους μετάδοσης. Αν και δεν μεταφέρει ηλεκτρισμό, απορροφά νερό και το νερό αγώγει ηλεκτρισμό. Επομένως, σε τέτοιες εφαρμογές πρέπει να εφαρμόζεται αδιάβροχη επίστρωση στο Kevlar.
Επειδή οι ίνες άνθρακα μπορούν να μεταφέρουν ηλεκτρισμό, η διάβρωση της γαλβανικής ζεύξης γίνεται πρόβλημα όταν έρχεται σε επαφή με άλλα μεταλλικά μέρη.
Οι ίνες αραμιδίου θα υποβαθμιστούν στο ηλιακό φως και σε περιβάλλοντα με υψηλή υπεριώδη ακτινοβολία. Οι ίνες άνθρακα ή γυαλιού δεν είναι πολύ ευαίσθητες στην υπεριώδη ακτινοβολία. Ωστόσο, ορισμένες κοινώς χρησιμοποιούμενες μήτρες, όπως οι εποξειδικές ρητίνες, διατηρούνται στο φως του ήλιου όπου θα λευκαίνουν και θα χάσουν τη δύναμή τους. Οι ρητίνες πολυεστέρα και βινυλεστέρα είναι πιο ανθεκτικές στην υπεριώδη ακτινοβολία, αλλά πιο αδύναμες από τις εποξειδικές ρητίνες.
Εάν ένα μέρος λυγίσει και ισιώσει επανειλημμένα, τελικά θα αποτύχει λόγω κούρασης. Οι ίνες άνθρακα είναι κάπως ευαίσθητες στην κόπωση και τείνουν να αποτυγχάνουν καταστροφικά, ενώ το Kevlar® είναι πιο ανθεκτικό στην κόπωση. Οι ίνες γυαλιού είναι κάπου στη μέση.
Το Kevlar® είναι πολύ ανθεκτικό στην τριβή, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κοπή. Μία από τις κοινές χρήσεις του Kevlar® είναι ως προστατευτικά γάντια για περιοχές όπου τα χέρια μπορούν να κοπούν από γυαλί ή όπου χρησιμοποιούνται αιχμηρές λεπίδες. Οι ίνες άνθρακα και γυαλιού είναι λιγότερο ανθεκτικές.
Οι ίνες αραμιδίου είναι ευαίσθητες σε ισχυρά οξέα, αλκάλια και ορισμένους οξειδωτικούς παράγοντες (π.χ. υποχλωριώδες νάτριο), που μπορεί να προκαλέσουν αποικοδόμηση των ινών. Τα κοινά λευκαντικά χλωρίου (π.χ. Clorox®) και το υπεροξείδιο του υδρογόνου δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με το Kevlar®. Τα λευκαντικά οξυγόνου (π.χ. υπερβορικό νάτριο) μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς να καταστρέψουν τις ίνες αραμιδίου.
Οι ίνες άνθρακα είναι πολύ σταθερές και μη ευαίσθητες στη χημική αποικοδόμηση. Ωστόσο, η εποξειδική μήτρα θα υποβαθμιστεί.
Προκειμένου οι ίνες άνθρακα, το Kevlar® και το γυαλί να έχουν τη βέλτιστη απόδοση, πρέπει να συγκρατούνται στη θέση τους στη μήτρα (συνήθως εποξειδική ρητίνη). Η ικανότητα της εποξειδικής ρητίνης να συνδέεται με τις διάφορες ίνες είναι επομένως κρίσιμη.
Τόσο οι ίνες άνθρακα όσο και οι ίνες γυαλιού μπορούν εύκολα να κολλήσουν στο εποξειδικό, αλλά ο δεσμός ινών αραμιδίου-εποξειδικού δεν είναι τόσο ισχυρός όσο επιθυμείτε και αυτή η μειωμένη πρόσφυση επιτρέπει τη διείσδυση του νερού. Ως αποτέλεσμα, η ευκολία με την οποία οι ίνες αραμιδίου μπορούν να απορροφήσουν νερό, σε συνδυασμό με την ανεπιθύμητη πρόσφυση στο εποξειδικό, σημαίνει ότι εάν η επιφάνεια του σύνθετου υλικού kevlar® καταστραφεί και μπορεί να εισχωρήσει νερό, τότε το Kevlar® μπορεί να απορροφήσει νερό κατά μήκος των ινών και να αποδυναμώσει το σύνθετο.
Το Aramid είναι ανοιχτό χρυσό στη φυσική του κατάσταση, μπορεί να χρωματιστεί και τώρα βγαίνει σε πολλές ωραίες αποχρώσεις. Οι ίνες γυαλιού διατίθενται και σε έγχρωμες εκδόσεις. Οι ίνες άνθρακα είναι πάντα μαύρες και μπορούν να αναμειχθούν με έγχρωμο αραμίδιο, αλλά δεν μπορούν να χρωματιστούν μόνες τους.
Αφού συγκρίνουμε τα παραπάνω 11 στοιχεία, έχουμε αποκτήσει μια προκαταρκτική κατανόηση των τριών υλικών.
Η συγκεκριμένη επιλογή υλικού θα εξαρτηθεί από τη συγκεκριμένη εφαρμογή και οικονομικές εκτιμήσεις προκειμένου να καταλήξουμε σε μια ικανοποιητική λύση.
Εάν έχετε οποιεσδήποτε ερωτήσεις, επικοινωνήστε με την ομάδα της JLON, η οποία μπορεί να παρέχει επαγγελματική τεχνική υποστήριξη για να σας βοηθήσει να βελτιστοποιήσετε το κόστος και να εξοικονομήσετε χρόνο και προσπάθεια.
