Kevlarin, hiilikuidun ja lasikuidun edut ja haitat

Vahvistuskuitumateriaaliominaisuudet PK

1 Vetolujuus

Vetolujuus on maksimaalinen jännitys, jonka materiaali kestää ennen venytystä. Jotkut hajontamateriaalit ovat muodostuneet ennen murtumista, mutta Kevlar ® (aramid) kuidut, ja hiilikuidut E-lasikuidut ovat hauraita ja rikkoutuvat pienellä muodonmuutoksella. Vetolujuus mitataan voimana yksikköaluetta kohti (PA tai Pascals).

Stressi on voima ja rasitus on stressistä johtuva taipuma. Alla olevassa taulukossa on vertailu kolmen yleisesti käytettyä vahvistuskuidun vetolujuutta: hiilikuitua, aramidikuitua, lasikuitua ja epoksihartsia. On syytä huomata, että nämä luvut ovat vain vertailua varten ja ne voivat vaihdella valmistusprosessin, epoksihartsin koostumuksen, aramidin formulaation, hiilikuidun jne. Prevossororin formulaation kanssa ja ilmaistaan ​​MPA: ssa.

2. tiheys ja lujuus-paino-suhde

Kun verrataan kolmen materiaalin tiheyksiä, kolmen kuidun välillä voidaan nähdä merkittäviä eroja. Jos kolme näytettä, jotka ovat täsmälleen samankokoisia ja painoa, käyvät nopeasti selväksi, että Kevlar®-kuidut ovat paljon kevyempiä, hiilikuidut tulevat lähellä sekuntia ja e-lasikuituja raskaimpia. Siksi komposiitin samalle painolle suurempi lujuus voidaan saada hiilikuitulla tai Kevlar®: lla. Toisin sanoen kaikki hiilikuitu- tai Kevlar® -komposiiteista valmistetut rakenteet, jotka vaativat tiettyä lujuutta, ovat pienempi tai ohuempi kuin lasikuitua. Kun näytteet on valmistettu ja testattu, havaitaan, että lasikuitukomposiitit painaavat melkein kaksi kertaa niin paljon kuin Kevlar®- tai hiilikuitulaminaatit. Tämä tarkoittaa, että paljon painoa voidaan säästää käyttämällä Kevlar®: ta tai hiilikuitua. Tätä ominaisuutta kutsutaan vahvuuspainosuhteeksi.

3. Youngin Modulus Youngin moduuli

Youngin moduuli on mitta joustavan materiaalin jäykkyydestä ja on tapa kuvata materiaalia. Se määritellään yksiakselisen (yhteen suuntaan) stressin suhteeksi yksiaksiaaliseen venykseen (muodonmuutos samaan suuntaan). Youngin moduuli = stressi/kanta, mikä tarkoittaa, että Materials, jolla on korkean nuoren moduuli, ovat jäykempiä kuin ne, joilla on alhainen nuoren moduuli.

Hiilikuitujen, Kevlar®- ja lasikuitujen jäykkyys vaihtelee huomattavasti. Hiilikuitu on noin kaksi kertaa jäykkä kuin aramidi kuitu ja viisi kertaa jäykempi kuin lasikuitu. Hiilikuidun erinomaisen jäykkyyden haittapuoli on, että se on yleensä hauraampi. Kun se epäonnistuu, sillä on taipumus osoittaa paljon rasitusta tai muodonmuutoksia.

4. Syttyvyys ja lämpö selitys

Sekä Kevlar® että hiilikuitu ovat kestäviä korkeille lämpötiloille, eikä kummallakaan ole sulamispistettä. Molempia materiaaleja on käytetty suojavaatteissa ja palonkestävissä kankaissa. Lasikuitu sulaa lopulta, mutta on myös erittäin kestävä korkeille lämpötiloille. Tietysti rakennuksissa käytetyt himmeät lasikuidut voivat myös lisätä palonkestävyyttä.

Hiilikuitua ja Kevlar®: ta käytetään suojaavien palontorjunta- tai hitsaushuovien tai vaatteiden valmistukseen. Kevlar -käsineitä käytetään usein lihateollisuudessa käsien suojaamiseksi veitsiä käytettäessä. Matriisin (yleensä epoksi) lämpövastus on myös tärkeä, koska kuituja käytetään harvoin yksinään. Lämmölle altistuessaan epoksihartsi pehmenee nopeasti.

5. Sähkönjohtavuus, johtavuus

Hiilikuitu johtaa sähköä, mutta Kevlar® ja lasikuitua eivät.Kevlar® käytetään johtimien vetämiseen voimansiirtotorneissa. Vaikka se ei johda sähköä, se absorboi vettä ja vesi johtaa sähköä. Siksi kevlariin on levitettävä vedenpitävä pinnoite tällaisissa sovelluksissa.

Koska hiilikuitu voi johtaa sähköä, galvaanisesta kytkentäkorroosiosta tulee ongelma, kun se on kosketuksissa muiden metalliosien kanssa.

6. UV -hajoaminen

Aramidi kuidut hajoavat auringonvalossa ja korkeassa UV -ympäristössä. Hiili- tai lasikuidut eivät ole kovin herkkiä UV -säteilylle. Jotkut yleisesti käytetyt matriisit, kuten epoksihartsit, säilytetään kuitenkin auringonvalossa, missä se valkaisee ja menettää voimansa. Polyesteri- ja vinyyliesterihartsit ovat kestävämpiä UV: lle, mutta heikompia kuin epoksihartsit.

7. väsymiskestävyys

Jos osa on toistuvasti taivutettu ja suoristettu, se lopulta epäonnistuu väsymyksen takia. Hiilikuitu on jonkin verran herkkä väsymykselle ja pyrkii epäonnistumaan katastrofaalisesti, kun taas Kevlar® on kestävämpi väsymykselle. Lasikuitu on jossain välillä.

8. Kulutusvastus

Kevlar® on erittäin kestävä hankaukselle, mikä vaikeuttaa leikkaamista. Yksi Kevlar®: n yleisimmistä käytöistä on suojakäsineinä alueille, joilla kädet voidaan leikata lasilla tai missä käytetään teräviä teriä. Hiili- ja lasikuidut ovat vähemmän kestäviä.

9. Kemiallinen kestävyys 

Aramidi kuidut ovat herkkiä vahvoille hapoille, emäkselle ja tietyille hapettumisaineille (esim. Natriumhypokloriitti), mikä voi aiheuttaa kuidun hajoamista. Kevlar®: n kanssa ei voida käyttää yleisiä kloorivalkaisuja (esim. Clorox®) ja vetyperoksidia. Happivalkaisuja (esim. Natriumperboraatti) voidaan käyttää vahingoittamatta aramidikuituja.

Hiilikuidut ovat erittäin stabiileja ja tunteettomia kemiallisen hajoamisen kannalta. Epoksimatriisi kuitenkin hajoaa.

10. Kehon sidosominaisuudet 

Hiilikuitujen, Kevlar®: n ja Glassin suorittamiseksi optimaalisesti, ne on pidettävä paikoillaan matriisissa (yleensä epoksihartsissa). Siksi epoksihartsin kyky sitoutua eri kuituihin on kriittinen.

Sekä hiili- että lasikuidut voivat tarttua helposti epoksiin, mutta aramidi kuitu-epoksisidos ei ole niin vahva kuin haluttu, ja tämä vähentynyt tarttuvuus mahdollistaa veden tunkeutumisen. Seurauksena on, että helppous, jolla aramidikuidut voivat absorboida vettä, yhdistettynä ei -toivottuun tarttuvuuteen epoksiin, tarkoittaa, että jos Kevlar® -komposiitin pinta on vaurioitunut ja vesi voi päästä, niin Kevlar® voi absorboida vettä kuituja pitkin ja heikentää komposiittia.

11. Väri ja kutominen

Aramid on vaalean kullan luonnollisessa tilassaan, se voi olla värillinen ja nyt on monia mukavia sävyjä. Lasikuitua on saatavana myös värillisinä versioina. Hiilikuitu on aina mustaa ja se voidaan sekoittaa värillisellä aramidilla, mutta se ei voi värittää itse.