مزایا و مضرات کولار ، فیبر کربن و فیبر شیشه ای

خواص مواد فیبر تقویت کننده PK

1 قدرت کششی

استحکام کششی حداکثر استرس است که یک ماده قبل از کشش در برابر آن مقاومت می کند. برخی از مواد غیر شکننده قبل از شکستن تغییر شکل می دهند ، اما الیاف Kevlar ® (آرامید) ، الیاف کربن و الیاف شیشه ای شکننده و با تغییر شکل اندک می شکند. مقاومت کششی به عنوان نیرو در واحد منطقه (PA یا Pascals) اندازه گیری می شود.

استرس نیرو است و کرنش به دلیل استرس انحراف است. جدول زیر مقایسه ای از استحکام کششی سه الیاف تقویت کننده معمولاً استفاده می کند: فیبر کربن ، فیبر آرام ، فیبر شیشه ای و رزین اپوکسی. شایان ذکر است که این ارقام فقط برای مقایسه هستند و می توانند با فرآیند تولید ، ترکیب رزین اپوکسی ، فرمولاسیون آرامید ، فیبر پیش ساز فیبر کربن و غیره متفاوت باشند و در MPA بیان می شوند.

2. نسبت چگالی و قدرت به وزن

هنگام مقایسه تراکم سه ماده ، تفاوتهای معنی داری بین سه الیاف مشاهده می شود. اگر سه نمونه با اندازه و وزن دقیقاً یکسان ساخته شود ، به سرعت آشکار می شود که الیاف Kevlar® بسیار سبک تر هستند ، با الیاف کربن نزدیکترین و الیاف شیشه ای E سنگین ترین هستند. بنابراین ، برای همان وزن کامپوزیت ، استحکام بالاتر را می توان با فیبر کربن یا Kevlar® بدست آورد. به عبارت دیگر ، هر ساختاری ساخته شده از فیبر کربن یا کامپوزیت های Kevlar® که به یک قدرت خاص نیاز دارند ، کوچکتر یا نازک تر از یک ساخته شده از فیبر شیشه ای است. پس از ساخت و آزمایش نمونه ها ، مشخص می شود که کامپوزیت های فیبر شیشه ای تقریباً دو برابر لمینت های فیبر Kevlar® یا کربن وزن دارند. این بدان معنی است که با استفاده از Kevlar® یا فیبر کربن ، وزن زیادی را می توان ذخیره کرد. این خاصیت نسبت قدرت به وزن نامیده می شود.

3. مدول یانگ مدول یانگ

مدول یانگ اندازه گیری سفتی یک ماده الاستیک است و راهی برای توصیف یک ماده است. این به عنوان نسبت استرس یک محوره (از یک جهت) به کرنش یک محوره (تغییر شکل در همان جهت) تعریف شده است. مدول یانگ = استرس/کرنش ، به این معنی که مواد با مدول جوان بالایی نسبت به مواد دارای مدول جوان کم است.

سفتی فیبر کربن ، Kevlar® و فیبر شیشه ای بسیار متفاوت است. فیبر کربن تقریباً دو برابر فیبر آرام و پنج برابر سفت تر از فیبر شیشه ای است. نزولی سفتی عالی فیبر کربن این است که تمایل به شکننده تر شدن دارد. هنگامی که شکست خورد ، تمایل به نشان دادن فشار یا تغییر شکل زیاد ندارد.

4. اشتعال پذیری و توضیح حرارتی

هر دو Kevlar® و فیبر کربن در برابر درجه حرارت بالا مقاوم هستند و هیچ نقطه ذوب نیز ندارند. هر دو ماده در پارچه های محافظ و پارچه های مقاوم در برابر آتش استفاده شده است. فیبر شیشه ای سرانجام ذوب می شود ، اما در برابر درجه حرارت بالا نیز بسیار مقاوم است. البته الیاف شیشه ای یخ زده که در ساختمانها مورد استفاده قرار می گیرد نیز می تواند مقاومت در برابر آتش را افزایش دهد.

از فیبر کربن و Kevlar® برای تهیه محافظ آتش نشانی یا پتوها یا پوشاک استفاده می شود. دستکش های کولار اغلب در صنعت گوشت برای محافظت از دست هنگام استفاده از چاقو استفاده می شود. مقاومت حرارتی ماتریس (معمولاً اپوکسی) نیز مهم است زیرا الیاف به ندرت به تنهایی مورد استفاده قرار می گیرند. هنگامی که در معرض گرما قرار می گیرند ، رزین اپوکسی به سرعت نرم می شود.

5. هدایت الکتریکی ، هدایت

فیبر کربن برق را انجام می دهد ، اما از Kevlar® و فیبر شیشه ای استفاده نمی شود. Kevlar® برای کشیدن سیم در برج های انتقال استفاده می شود. اگرچه برق را انجام نمی دهد ، اما آب را جذب می کند و آب برق را انجام می دهد. بنابراین ، یک پوشش ضد آب باید در چنین برنامه هایی برای Kevlar اعمال شود.

از آنجا که فیبر کربن می تواند برق را انجام دهد ، هنگام تماس با سایر قطعات فلزی ، خوردگی جفت گالوانیک به مشکل تبدیل می شود.

6. تخریب اشعه ماوراء بنفش

الیاف آرامید در نور خورشید و محیط های UV بالا تخریب می شوند. الیاف کربن یا شیشه ای نسبت به اشعه ماوراء بنفش بسیار حساس نیستند. با این حال ، برخی از ماتریس های متداول مانند رزین های اپوکسی در نور خورشید حفظ می شوند که در آن سفید می شود و قدرت خود را از دست می دهد. رزین های پلی استر و وینیل استر در برابر اشعه ماوراء بنفش مقاوم تر هستند ، اما ضعیف تر از رزین های اپوکسی هستند.

7. مقاومت در برابر خستگی

اگر بخشی به طور مکرر خم و صاف شود ، در نهایت به دلیل خستگی از بین می رود. فیبر کربن تا حدودی نسبت به خستگی حساس است و تمایل به شکست فاجعه بار دارد ، در حالی که Kevlar® در برابر خستگی مقاوم تر است. فیبر شیشه ای جایی در بین است.

8. مقاومت سایش

Kevlar® در برابر سایش بسیار مقاوم است ، و این باعث می شود برش دشوار باشد. یکی از کاربردهای متداول Kevlar® به عنوان دستکش محافظ برای مناطقی است که ممکن است دست ها توسط شیشه بریده شوند یا در جایی که از تیغه های تیز استفاده می شود. الیاف کربن و شیشه ای مقاومت کمتری دارند.

9 مقاومت شیمیایی 

الیاف آرامید نسبت به اسیدهای قوی ، قلیایی و مواد اکسید کننده خاص (به عنوان مثال هیپوکلریت سدیم) حساس هستند ، که می تواند باعث تخریب فیبر شود. سفید کننده های کلر مشترک (به عنوان مثال Clorox®) و پراکسید هیدروژن با Kevlar® قابل استفاده نیستند. سفید کننده های اکسیژن (به عنوان مثال سدیم پربورات) بدون آسیب رساندن به الیاف آرامید قابل استفاده است.

الیاف کربن نسبت به تخریب شیمیایی بسیار پایدار و حساس هستند. با این حال ، ماتریس اپوکسی تخریب می شود.

10. خصوصیات پیوند بدن 

برای اینکه الیاف کربن ، Kevlar® و شیشه بهینه انجام دهند ، آنها باید در ماتریس (معمولاً رزین اپوکسی) در جای خود قرار بگیرند. بنابراین توانایی رزین اپوکسی در پیوند با الیاف مختلف بسیار مهم است.

هر دو الیاف کربن و شیشه ای به راحتی می توانند به اپوکسی بچسبند ، اما پیوند فیبر-اپوکسی آرام به اندازه دلخواه قوی نیست و این چسبندگی کاهش باعث می شود تا نفوذ آب رخ دهد. در نتیجه ، سهولتی که الیاف آرام می توانند آب را جذب کنند ، همراه با چسبندگی نامطلوب به اپوکسی ، به این معنی است که اگر سطح کامپوزیت Kevlar® آسیب دیده باشد و ممکن است آب وارد شود ، ممکن است Kevlar® آب را در امتداد الیاف جذب کند و کامپوزیت را تضعیف کند.

11. رنگ و بافت

آرامید در حالت طبیعی خود طلای سبک است ، می تواند رنگ شود و اکنون در بسیاری از سایه های زیبا قرار دارد. فیبر شیشه ای نیز در نسخه های رنگی موجود است. فیبر کربن همیشه سیاه است و می تواند با آرامش رنگی مخلوط شود ، اما نمی توان آن را رنگ کرد.