Katselukerrat: 94 Tekijä: Site Editor Julkaisuaika: 2024-08-15 Alkuperä: Sivusto
Lasikuitu, hiilikuitu ja aramidikuitu ovat kaikki tällä hetkellä laajalti käytettyjä lujitemateriaaleja.
Lasikuitu
Hiilikuitu kangas
Aramid (Kevlar®) Kangas
Vetolujuus on suurin jännitys, jonka materiaali voi kestää ennen venytystä. Jotkut ei-hauraat materiaalit deformoituvat ennen rikkoutumista, mutta Kevlar® (aramidi) kuidut, hiilikuituja ja E-lasikuidut ovat hauraita ja rikkoutuvat vähäisellä muodonmuutoksella. Vetolujuus mitataan voimana pinta-alayksikköä kohti (Pa tai Pascal).
Stressi on voimaa ja jännitys on jännityksestä johtuva taipuma. Alla olevassa taulukossa on vertailu kolmen yleisesti käytetyn lujitekuidun: hiilikuidun, aramidikuidun, lasikuidun ja epoksihartsin vetolujuudesta. On syytä huomata, että nämä luvut ovat vain vertailua varten ja ne voivat vaihdella valmistusprosessin, epoksihartsin koostumuksen, aramidin koostumuksen, hiilikuidun esikuidun jne. mukaan, ja ne on ilmaistu MPa:na.
Kun verrataan kolmen materiaalin tiheyksiä, voidaan nähdä merkittäviä eroja kolmen kuidun välillä. Jos tehdään kolme täsmälleen samankokoista ja -painoista näytettä, käy nopeasti ilmi, että Kevlar®-kuidut ovat paljon kevyempiä, hiilikuidut ovat lähellä toista ja E-lasikuidut painavimpia. Siksi samalla komposiitin painolla voidaan saavuttaa suurempi lujuus hiilikuidulla tai Kevlarilla®. Toisin sanoen mikä tahansa hiilikuidusta tai Kevlar®-komposiiteista valmistettu rakenne, joka vaatii tiettyä lujuutta, on pienempi tai ohuempi kuin lasikuidusta valmistettu rakenne. Näytteiden valmistuksen ja testauksen jälkeen havaitaan, että lasikuitukomposiitit painavat lähes kaksi kertaa niin paljon kuin Kevlar® tai hiilikuitulaminaatit. Tämä tarkoittaa, että Kevlar®- tai hiilikuitua käyttämällä voidaan säästää paljon painoa. Tätä ominaisuutta kutsutaan lujuus-painosuhteeksi.
Youngin moduuli on elastisen materiaalin jäykkyyden mitta ja tapa kuvata materiaalia. Se määritellään yksiaksiaalisen (yhteen suuntaan) jännityksen ja yksiaksiaalisen jännityksen (muodonmuutos samaan suuntaan) suhteeksi. Youngin moduuli = jännitys/venymä, mikä tarkoittaa, että materiaalit, joilla on korkea Youngin moduuli, ovat jäykemmät kuin materiaalit, joilla on pieni Youngin moduuli.
Hiilikuidun, Kevlar®- ja lasikuidun jäykkyys vaihtelee huomattavasti. Hiilikuitu on noin kaksi kertaa jäykempi kuin aramidikuitu ja viisi kertaa jäykempi kuin lasikuitu. Hiilikuidun erinomaisen jäykkyyden haittapuoli on, että se on yleensä hauraampaa. Kun se epäonnistuu, se ei yleensä näytä paljon jännitystä tai muodonmuutoksia.
Sekä Kevlar® että hiilikuitu kestävät korkeita lämpötiloja, eikä kummallakaan ole sulamispistettä. Molempia materiaaleja on käytetty suojavaatteissa ja tulenkestävissä kankaissa. Lasikuitu sulaa lopulta, mutta kestää myös erittäin korkeita lämpötiloja. Tietysti myös rakennuksissa käytetyt himmeät lasikuidut voivat lisätä palonkestävyyttä.
Hiilikuitua ja Kevlar®:ia käytetään suojaavien palontorjunta- tai hitsauspeitteiden tai -vaatteiden valmistukseen. Kevlar-käsineitä käytetään usein lihateollisuudessa suojaamaan käsiä veitsiä käytettäessä. Matriisin (yleensä epoksi) lämmönkestävyys on myös tärkeä, koska kuituja käytetään harvoin yksinään. Lämmölle altistuessaan epoksihartsi pehmenee nopeasti.
Hiilikuitu johtaa sähköä, mutta Kevlar® ja lasikuitu eivät. Kevlaria® käytetään johtojen vetämiseen voimansiirtotorneissa. Vaikka se ei johda sähköä, se imee vettä ja vesi johtaa sähköä. Siksi Kevlarin on levitettävä vedenpitävä pinnoite tällaisissa sovelluksissa.
Koska hiilikuitu voi johtaa sähköä, galvaanisen kytkimen korroosiosta tulee ongelma, kun se joutuu kosketuksiin muiden metalliosien kanssa.
Aramidikuidut hajoavat auringonvalossa ja korkeassa UV-säteilyssä. Hiili- tai lasikuidut eivät ole kovin herkkiä UV-säteilylle. Kuitenkin jotkin yleisesti käytetyt matriisit, kuten epoksihartsit, jäävät auringonvaloon, jolloin ne vaalenevat ja menettää vahvuutensa. Polyesteri- ja vinyyliesterihartsit kestävät UV-säteilyä paremmin, mutta heikompia kuin epoksihartsit.
Jos osaa taivutetaan ja suoristetaan toistuvasti, se lopulta epäonnistuu väsymisen vuoksi. Hiilikuitu on hieman herkkä väsymykselle ja epäonnistuu katastrofaalisesti, kun taas Kevlar® kestää paremmin väsymystä. Lasikuitu on jossain välissä.
Kevlar® kestää hyvin kulutusta, mikä vaikeuttaa leikkaamista. yksi Kevlar®:n yleisimmistä käyttötarkoituksista on suojakäsineitä alueilla, joissa käsiä voi leikata lasista tai joissa käytetään teräviä teriä. Hiili- ja lasikuidut ovat vähemmän kestäviä.
Aramidikuidut ovat herkkiä vahvoille hapoille, emäksille ja tietyille hapettimille (esim. natriumhypokloriitti), jotka voivat aiheuttaa kuitujen hajoamista. Tavallisia kloorivalkaisuaineita (esim. Clorox®) ja vetyperoksidia ei voi käyttää Kevlar®:n kanssa. Happivalkaisuaineita (esim. natriumperboraattia) voidaan käyttää vahingoittamatta aramidikuituja.
Hiilikuidut ovat erittäin vakaita ja herkkiä kemialliselle hajoamiselle. Epoksimatriisi kuitenkin hajoaa.
Jotta hiilikuidut, Kevlar® ja lasi toimivat optimaalisesti, ne on pidettävä paikoillaan matriisissa (yleensä epoksihartsissa). Siksi epoksihartsin kyky sitoutua erilaisiin kuituihin on kriittinen.
Sekä hiili- että lasikuidut voivat tarttua helposti epoksiin, mutta aramidikuitu-epoksisidos ei ole niin vahva kuin toivotaan, ja tämä vähentynyt tarttuvuus mahdollistaa veden tunkeutumisen. Tämän seurauksena aramidikuitujen helppous imeä vettä yhdistettynä ei-toivottuun tarttumiseen epoksiin tarkoittaa, että jos kevlar®-komposiitin pinta vaurioituu ja vettä voi päästä sisään, Kevlar® voi imeä vettä kuituja pitkin ja heikentää komposiittia.
Aramid on luonnollisessa tilassaan vaaleaa kultaa, sitä voidaan värjätä ja sitä on nyt saatavana monissa mukavissa sävyissä. Lasikuitua on saatavana myös värillisinä versioina. Hiilikuitu on aina mustaa ja siihen voidaan sekoittaa värillistä aramidia, mutta sitä ei voi värjätä itse.
Yllä olevien 11 kohteen vertailun jälkeen olemme saaneet alustavan käsityksen kolmesta materiaalista.
Erityisen materiaalin valinta riippuu tietystä sovelluksesta ja taloudellisista näkökohdista tyydyttävän ratkaisun saavuttamiseksi.
Jos sinulla on kysyttävää, ota yhteyttä JLON-tiimiin, joka voi tarjota ammattimaista teknistä tukea, joka auttaa sinua optimoimaan kustannukset ja säästämään aikaa ja vaivaa.
