Kevlari, süsinikkiu ja klaaskiudude eelised ja puudused

Tugevduskiudude materjali omadused PK

1 tõmbetugevus

Tõmbetugevus on maksimaalne pinge, mida materjal enne venitamist talub. Mõned rahvad materjalid deformeeruvad enne purunemist, kuid Kevlar ® (aramid) kiud, ja süsinikkiud E-klaasi kiud on habras ja purunevad vähese deformatsiooniga. Tõmbetugevust mõõdetakse jõuna pindalaühiku kohta (PA või Pascals).

Stress on jõud ja pinge on stressist tulenev läbipaine. Allolevas tabelis on toodud kolme tavaliselt kasutatava tugevdava kiudude tõmbetugevuse võrdlus: süsinikkiud, aramiidkiud, klaaskiud ja epoksüvaik. Väärib märkimist, et need arvud on ainult võrdluseks ja need võivad erineda vastavalt tootmisprotsessile, epoksüvaigu koostisele, aramiidi koostisele, süsinikkiudude prekursorkiududele jne ja neid ekspresseeritakse MPA -s.

2. tihedus ja tugevuse ja kaalu suhe

Kolme materjali tiheduse võrdlemisel võib kolme kiud vahel näha olulisi erinevusi. Kui tehakse kolm täpselt sama suurusega ja raskusega proovi, selgub kiiresti, et Kevlar® kiud on palju kergemad, süsinikkiudud tulevad lähedale sekundile ja e-klaasi kiud on kõige raskemad. Seetõttu võib komposiidi sama raskuse korral saada suuremat tugevust süsinikkiu või Kevlar® abil. Teisisõnu, mis tahes süsinikkiust või Kevlar® komposiitidest valmistatud struktuur, mis nõuab antud tugevust, on väiksem või õhem kui klaaskiust valmistatud. Pärast proovide tegemist ja testimist leitakse, et klaaskiudude komposiidid kaaluvad peaaegu kaks korda rohkem kui Kevlar® või süsinikkiust laminaadid. See tähendab, et Kevlar® või süsinikkiu abil saab palju kaalu salvestada. Seda omadust nimetatakse tugevuse ja kaalu suhteks.

3. Young's Moodulus Youngi moodul

Youngi moodul on elastse materjali jäikuse mõõt ja on viis materjali kirjeldamiseks. See on määratletud kui üheaksiaalse (ühes suunas) pinge ja üheaksiaalse tüve suhte (deformatsioon samas suunas). Youngi moodul = stress/pinge, mis tähendab, et kõrge noore mooduliga materjalid on jäigemad kui madalate noore mooduliga.

Süsinikkiu, Kevlar® ja klaaskiud jäikus varieerub märkimisväärselt. Süsinikkiud on umbes kaks korda jäik kui aramiidkiud ja viis korda jäigem kui klaaskiud. Süsinikkiu suurepärase jäikuse negatiivne külg on see, et see kipub olema hapram. Kui see ebaõnnestub, kipub see palju pinget ega deformatsiooni näitama.

4. tuleohtlikkus ja termiline seletus

Nii Kevlar® kui ka süsinikkiud on kõrge temperatuuri suhtes vastupidavad ja kumbagi pole sulamispunkt. Mõlemat materjali on kasutatud kaitseriietuses ja tulekindlates kangastes. Klaasikiud sulab lõpuks, kuid on ka kõrge temperatuuri suhtes väga vastupidav. Muidugi võivad hoonetes kasutatavad jäätunud klaaskiud suurendada ka tulekindlust.

Kaitsva tuletõrje- või keevituste tekkide või rõivaste valmistamiseks kasutatakse süsinikkiu ja Kevlar®. Kevlari kindaid kasutatakse lihatööstuses sageli käte kaitsmiseks nugade kasutamisel. Maatriksi (tavaliselt epoksü) kuumakindlus on samuti oluline, kuna kiude kasutamist kasutatakse harva. Kuumaga kokkupuutel pehmeneb epoksüvaik kiiresti.

5. elektrijuhtivus, juhtivus

Süsinikkiust juhib elektrit, kuid Kevlar® ja klaaskiud ei tee seda.Kevlar® kasutatakse juhtmete tõmbamiseks ülekandetornides. Ehkki see ei korralda elektrit, neelab see vett ja vesi viib elektrit. Seetõttu tuleb sellistes rakendustes Kevlarile kanda veekindlat kattekihti.

Kuna süsinikkiud võib elektrit läbi viia, muutub galvaanilise sidumise korrosioon probleemiks, kui see puutub kokku teiste metallosadega.

6. ultraviolett

Aramid kiud halvenevad päikesevalguses ja kõrge UV -keskkonnas. Süsiniku- või klaaskiud ei ole UV -kiirguse suhtes eriti tundlikud. Kuid mõned tavaliselt kasutatavad maatriksid, näiteks epoksüvaigud, säilitatakse päikesevalguses, kus see valgendab ja kaotab oma jõu. Polüester ja vinüülestri vaigud on UV -i suhtes vastupidavamad, kuid nõrgemad kui epoksüvaigud.

7. Väsimuskindlus

Kui osa on korduvalt painutatud ja sirgendatud, ebaõnnestub see väsimuse tõttu lõpuks. Süsinikkiud on väsimuse suhtes mõnevõrra tundlik ja kipub katastroofiliselt ebaõnnestuma, samas kui Kevlar® on väsimusele vastupidavam. Klaaskiud on kuskil vahepeal.

8. hõõrdumiskindlus

Kevlar® on hõõrdumise suhtes väga vastupidav, mis raskendab selle lõikamist. Kevlar® üks levinumaid kasutusvõimalusi on kaitsevaludena piirkondade jaoks, kus käed võivad klaasist lõigata või kus kasutatakse teravaid labasid. Süsiniku- ja klaaskiud on vähem vastupidavad.

9. Keemiline vastupidavus 

Aramiidikiud on tundlikud tugevate hapete, leeliste ja teatud oksüdeerivate ainete (nt naatriumhüpoklorit) suhtes, mis võivad põhjustada kiudainete lagunemist. KevLar® -ga ei saa kasutada tavalisi klooripleadmeid (nt Clorox®) ja vesinikperoksiidi. Hapniku pleegitusi (nt naatriumi perborate) saab kasutada ilma aramiidi kiude kahjustamata.

Süsinikikiud on keemilise lagunemise suhtes väga stabiilsed ja tundlikud. Epoksü maatriks laguneb aga.

10. Keha sidumisomadused 

Süsinikukiudude, Kevlar® ja Glassi optimaalseks toimimiseks tuleb neid hoida maatriksis (tavaliselt epoksüvaik). Seetõttu on kriitiline epoksüvaigu võime seostada erinevate kiududega.

Nii süsinik- kui ka klaaskiud võivad hõlpsalt epoksüst kinni jääda, kuid aramiidi kiudiepoksüside ei ole nii tugev, nagu soovis, ja see vähenenud adhesioon võimaldab vee tungimist toimuda. Selle tulemusel tähendab aramiidikiud vett koos imav vett koos ebasoovitava adhesiooniga epoksüga, et kui Kevlar® komposiidi pind on kahjustatud ja vesi võib siseneda, võib Kevlar® imada vett piki kiudu ja nõrgendada komposiiti.

11. Värv ja kudumine

Aramid on oma loomulikus olekus hele kuld, seda saab värvida ja nüüd on palju toredaid toone. Klaaskiud on saadaval ka värvilistes versioonides. Süsinikkiud on alati must ja neid saab segada värvilise aramiidiga, kuid seda ei saa ise värvida.