יתרונות וחסרונות של קבלר, סיבי פחמן וסיבי זכוכית

תכונות חומר סיבי חיזוק PK

1 כוח מתיחה

חוזק מתיחה הוא הלחץ המרבי שחומר יכול לעמוד לפני המתיחה. כמה חומרים שאינם שבירים מתעוותים לפני שנשברו, אבל סיבים של Kevlar ® (Aramid), סיבי פחמן ו סיבי זכוכית אלקטרונית הם שבירים ונשברים עם מעט עיוות. חוזק מתיחה נמדד ככוח לאזור יחידה (PA או Pascals).

מתח הוא הכוח והמתח הוא הסטייה בגלל לחץ. הטבלה שלהלן מציגה השוואה בין חוזק המתיחה של שלושה סיבי חיזוק נפוצים: סיבי פחמן, סיבי ארמיד, סיבי זכוכית ושרף אפוקסי. ראוי לציין כי הנתונים הללו מיועדים להשוואה בלבד והם יכולים להשתנות עם תהליך הייצור, הרכב שרף האפוקסי, ניסוח הארמיד, סיבי המבשר של סיבי הפחמן וכו ', ומתבטאים ב- MPA.

2. יחס צפיפות ויחס לחוזק למשקל

כאשר משווים בין צפיפות שלושת החומרים, ניתן לראות הבדלים משמעותיים בין שלושת הסיבים. אם מתבצעות שלוש דגימות מאותו גודל ומשקל בדיוק, מתברר במהירות כי סיבי Kevlar® הם בהירים בהרבה, כאשר סיבי פחמן מגיעים שניה קרובה וסיבי זכוכית אלקטרונית הכבדה ביותר. לכן, לאותו משקל של מורכב, ניתן להשיג חוזק גבוה יותר עם סיבי פחמן או Kevlar®. במילים אחרות, כל מבנה העשוי מסיבי פחמן או מרוכבים של Kevlar® הדורשים חוזק נתון קטן יותר או דק יותר מאחד העשוי מסיבי זכוכית. לאחר שנעשו ונבדקו דגימות, יתברר כי מרוכבים של סיבי זכוכית שוקלים כמעט פי שניים מאשר למינציה של סיבי פחמן Kevlar®. המשמעות היא שניתן לחסוך משקל רב על ידי שימוש ב- KEVLAR® או סיבי פחמן. מאפיין זה נקרא יחס כוח למשקל.

3. מודולוס המודולוס של יאנג יאנג

המודולוס של יאנג הוא מדד לקשיחות של חומר אלסטי והוא דרך לתאר חומר. זה מוגדר כיחס בין לחץ יוניקסיאלי (בכיוון אחד) למתח יוניקסיאלי (עיוות באותו כיוון). המודולוס של יאנג = מתח/זן, שמשמעותו שחומרים עם מודולוס של יאנג גבוה הם נוקשים יותר מאלה עם מודולוס של יאנג נמוך.

קשיחות סיבי הפחמן, Kevlar® וסיבי זכוכית משתנה במידה ניכרת. סיבי פחמן נוקשים פי שניים כמו סיבי ארמיד וחמישה פעמים נוקשים מסיבי זכוכית. החיסרון של הנוקשות המצוינת של סיבי הפחמן הוא שהוא נוטה להיות שביר יותר. כאשר הוא נכשל, הוא נוטה לא להראות הרבה מתח או עיוות.

4. דליקות והסבר תרמי

גם KEVLAR® וסיבי פחמן עמידים לטמפרטורות גבוהות ואף אחד מהם אין נקודת התכה. שני החומרים שימשו בבגדי מגן ובבדים עמידים בפני אש. סיבי זכוכית יימסה בסופו של דבר, אך היא גם עמידה מאוד לטמפרטורות גבוהות. כמובן שסיבי זכוכית חלביים המשמשים בבניינים יכולים גם להגביר את עמידות האש.

סיבי פחמן ו- Kevlar® משמשים לייצור כיבוי אש או ריתוך שמיכות או בגדים. כפפות Kevlar משמשות לרוב בתעשיית הבשר כדי להגן על הידיים בעת השימוש בסכינים. התנגדות החום של המטריצה ​​(בדרך כלל אפוקסי) חשובה גם מכיוון שהסיבים משמשים לעיתים רחוקות בעצמם. כאשר הוא נחשף לחום, שרף אפוקסי מתרכך במהירות.

5. מוליכות חשמלית, מוליכות

סיבי פחמן מוליכים חשמל, אך Kevlar® וסיבי זכוכית אינם. Kevlar® משמשים למשיכת חוטים במגדלי ההולכה. למרות שהוא אינו מוליך חשמל, הוא סופג מים ומים אכן עורכים חשמל. לפיכך, יש להחיל ציפוי אטום למים על Kevlar ביישומים כאלה.

מכיוון שסיבי פחמן יכולים לנהל חשמל, קורוזיה של צימוד גלווני הופכת לבעיה כאשר היא באה במגע עם חלקי מתכת אחרים.

6. השפלה של UV

סיבי ארמיד ישפכו באור שמש ובסביבות UV גבוהות. סיבי פחמן או זכוכית אינם רגישים במיוחד לקרינת UV. עם זאת, כמה מטריצות נפוצות כמו שרפים אפוקסי נשמרים באור השמש שם הוא ילבין ויאבד את כוחו. שרפי אסתר פוליאסטר ויניל עמידים יותר ל- UV, אך חלשים יותר משרפי אפוקסי.

7. עמידות לעייפות

אם חלק מכופף ומיישר שוב ושוב, הוא בסופו של דבר ייכשל בגלל עייפות. סיבי פחמן רגישים מעט לעייפות ונוטים להיכשל קטסטרופלית, ואילו Kevlar® עמיד יותר לעייפות. סיבי זכוכית נמצאים איפשהו בין לבין.

8. התנגדות שחיקה

Kevlar® עמיד מאוד בשחיקה, מה שמקשה על החיתוך. אחד השימושים הנפוצים ב- Kevlar® הוא ככפפות מגן לאזורים שבהם ידיים עשויות להיחתך בזכוכית או בהן משתמשים בלהבים חדים. סיבי פחמן וזכוכית פחות עמידים.

9. עמידות כימית 

סיבי ארמיד רגישים לחומצות חזקות, אלקאליס וסוכני מחמצן מסוימים (למשל נתרן היפוכלוריט), העלולים לגרום להשפלת סיבים. לא ניתן להשתמש באלבונות כלור נפוצים (EG Clorox®) ובמי חמצן עם Kevlar®. ניתן להשתמש באקונומיקה של חמצן (למשל נתרן פרבורה) מבלי לפגוע בסיבי ארמיד.

סיבי פחמן יציבים מאוד ובלתי רגישים להשפלה כימית. עם זאת, מטריקס האפוקסי ישפיל.

10. תכונות מליטה בגוף 

על מנת שסיבי פחמן, Kevlar® וזכוכית יביאו בצורה אופטימלית, עליהם להיות מוחזקים במקום במטריקס (בדרך כלל שרף אפוקסי). היכולת של שרף האפוקסי לקשר לסיבים השונים היא אפוא קריטית.

גם סיבי הפחמן והזכוכית יכולים להיצמד בקלות לאפוקסי, אך קשר הסיבים-אפקסי של ארמיד אינו חזק כמו הרצוי, והדבקה מופחתת זו מאפשרת להתרחש חדירת מים. כתוצאה מכך, הקלות שבה סיבי ארמיד יכולים לספוג מים, יחד עם ההדבקה הבלתי רצויה לאפוקסי, פירושו שאם פני השטח של מורכב Kevlar® נפגעים ומים עשויים להיכנס, אז Kevlar® עלול לספוג מים לאורך הסיבים ולהחליש את המורכב.

11. צבע ואריגה

ארמיד הוא זהב בהיר במצבו הטבעי, הוא יכול להיות צבעוני וכעת מגיע בגוונים נחמדים רבים. סיבי זכוכית זמינים גם בגרסאות צבעוניות. סיבי פחמן תמיד שחורים וניתן לערבב אותם עם ארמיד צבעוני, אך לא ניתן לצבוע אותו בעצמו.