יתרונות וחסרונות של קוולר, סיבי פחמן וסיבי זכוכית

הכנסת חומרי סיבי חיזוק.

סיבי זכוכית, סיבי פחמן וסיבי ארמיד הם כולם חומרי חיזוק בשימוש נרחב כיום.

תכונות חומר סיבי חיזוק PK

1 חוזק מתיחה

חוזק מתיחה הוא המתח המרבי שחומר יכול לעמוד בו לפני מתיחה. כמה חומרים שאינם שבירים מתעוותים לפני שבירה, אבל סיבי Kevlar ® (ארמיד), סיבי פחמן ו סיבי זכוכית E הם שבירים ונשברים עם מעט עיוות. חוזק מתיחה נמדד ככוח ליחידת שטח (Pa או Pascals).

מתח הוא הכוח והמתח הוא הסטייה כתוצאה מלחץ. הטבלה שלהלן מציגה השוואה של חוזק המתיחה של שלושה סיבי חיזוק נפוצים: סיבי פחמן, סיבי ארמיד, סיבי זכוכית ושרף אפוקסי. ראוי לציין כי נתונים אלו הם להשוואה בלבד והם יכולים להשתנות בהתאם לתהליך הייצור, הרכב שרף האפוקסי, ניסוח הארמיד, סיב המבשר של סיבי הפחמן וכו', והם מבוטאים ב-MPa.

 

2. יחס צפיפות וכוח למשקל

כאשר משווים את הצפיפות של שלושת החומרים, ניתן לראות הבדלים משמעותיים בין שלושת הסיבים. אם מייצרים שלוש דגימות בדיוק באותו גודל ומשקל, מתברר במהירות שסיבי Kevlar® הם הרבה יותר קלים, כאשר סיבי פחמן מגיעים למקום השני וסיבי E-glass הם הכבדים ביותר. לכן, עבור אותו משקל של קומפוזיט, 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 או דק יותר ממבנה העשוי מסיבי זכוכית. לאחר ביצוע ובדיקה של דגימות, יתברר שחומרי סיבי זכוכית מרוכבים שוקלים כמעט פי שניים ממשקלם של Kevlar® או סיבי פחמן. המשמעות היא שניתן לחסוך משקל רב על ידי שימוש ב- Kevlar® או בסיבי פחמן. תכונה זו נקראת יחס חוזק למשקל.

 

3. מודול יאנג מודול יאנג

מודול יאנג הוא מדד לקשיחות של חומר אלסטי והוא דרך לתאר חומר. הוא מוגדר כיחס בין מתח חד צירי (בכיוון אחד) למתח חד צירי (דפורמציה באותו כיוון). מודול יאנג = מתח/מתח, כלומר חומרים בעלי מודול יאנג גבוה נוקשים יותר מאלה עם מודול יאנג נמוך.

הקשיחות של סיבי פחמן, Kevlar® וסיבי זכוכית משתנה במידה ניכרת. סיבי פחמן נוקשים בערך פי שניים מסיבי ארמיד ופי חמישה יותר מסיבי זכוכית. החיסרון של הקשיחות המצוינת של סיבי הפחמן הוא שהם נוטים להיות שבירים יותר. כאשר הוא נכשל, הוא נוטה לא להראות הרבה מתח או דפורמציה.

 

4. דליקות והסבר תרמי

גם Kevlar® וגם סיבי פחמן עמידים לטמפרטורות גבוהות ולשניהם אין נקודת התכה. שני החומרים שימשו בביגוד מגן ובדים עמידים בפני אש. סיבי זכוכית יימסו בסופו של דבר, אך הם גם עמידים מאוד לטמפרטורות גבוהות. כמובן שגם סיבי זכוכית חלבית המשמשים בבניינים יכולים להגביר את עמידות האש.

סיבי פחמן ו- Kevlar® משמשים לייצור כיבוי אש או ריתוך שמיכות או בגדים. כפפות kevlar משמשות לעתים קרובות בתעשיית הבשר כדי להגן על הידיים בעת שימוש בסכינים. עמידות החום של המטריצה ​​(בדרך כלל אפוקסי) חשובה גם היא מכיוון שרק לעתים רחוקות משתמשים בסיבים לבדם. כאשר נחשף לחום, שרף אפוקסי מתרכך במהירות.

5. מוליכות חשמלית, מוליכות

סיבי פחמן מוליכים חשמל, אבל Kevlar® וסיבי זכוכית לא. Kevlar® משמש למשיכת חוטים במגדלי תמסורת. למרות שהוא לא מוליך חשמל, הוא סופג מים ומים כן מוליכים חשמל. לכן, יש ליישם ציפוי עמיד למים על קוולר ביישומים כאלה.

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

6. השפלת UV

סיבי ארמיד יתפרקו באור שמש ובסביבות UV גבוהות. סיבי פחמן או זכוכית אינם רגישים במיוחד לקרינת UV. עם זאת, כמה מטריצות נפוצות כגון שרפי אפוקסי נשמרים באור השמש שם הם ילבין ויאבדו מעוצמתו. שרפי פוליאסטר וויניל אסטר עמידים יותר בפני UV, אך חלשים יותר משרף אפוקסי.

7. התנגדות לעייפות

אם חלק מכופף ומיישר שוב ושוב, הוא ייכשל בסופו של דבר עקב עייפות. סיבי פחמן רגישים במידה מסוימת לעייפות ונוטים להיכשל בצורה קטסטרופלית, בעוד Kevlar® עמיד יותר לעייפות. סיבי זכוכית נמצאים איפשהו באמצע.

8. עמידות בפני שחיקה

Kevlar® עמיד מאוד בפני שחיקה, מה שמקשה על החיתוך. אחד השימושים הנפוצים של Kevlar® הוא ככפפות הגנה לאזורים שבהם ניתן לחתוך ידיים על ידי זכוכית או בהם משתמשים בלהבים חדים. סיבי פחמן וזכוכית פחות עמידים.

 

9. עמידות כימית 

סיבי ארמיד רגישים לחומצות חזקות, אלקליות וחומרי חמצון מסוימים (למשל נתרן היפוכלוריט), שעלולים לגרום לפירוק סיבים. לא ניתן להשתמש בהלבנת כלור נפוצה (למשל Clorox®) ומי חמצן עם Kevlar®. ניתן להשתמש בהלבנת חמצן (למשל נתרן פרבוראט) מבלי לפגוע בסיבי הארמיד.

סיבי פחמן יציבים מאוד ואינם רגישים לפירוק כימי. עם זאת, מטריצת האפוקסי תתכלה.

10. תכונות הדבקת הגוף 

על מנת שסיבי פחמן, Kevlar® וזכוכית יפעלו בצורה מיטבית, יש להחזיק אותם במקומם במטריקס (בדרך כלל שרף אפוקסי). לכן היכולת של שרף האפוקסי להיקשר לסיבים השונים היא קריטית.

גם סיבי פחמן וגם סיבי זכוכית יכולים להיצמד לאפוקסי בקלות, אך הקשר בין סיבי ארמיד לאפוקסי אינו חזק כרצוי, והיצמדות מופחתת זו מאפשרת להתרחש חדירת מים. כתוצאה מכך, הקלות שבה סיבי ארמיד יכולים לספוג מים, יחד עם ההידבקות הלא רצויה לאפוקסי, גורמת לכך שאם פני השטח של ה-kevlar® המרוכבים ניזוקים ומים עלולים להיכנס, אז Kevlar® עשוי לספוג מים לאורך הסיבים ולהחליש את הקומפוזיט.

11. צבע ואריגה

ארמיד הוא זהב בהיר במצבו הטבעי, ניתן לצבוע ומגיע כעת בהרבה גוונים יפים. סיבי זכוכית זמינים גם בגרסאות צבעוניות. סיבי פחמן הם תמיד שחורים וניתן לערבב אותם עם ארמיד צבעוני, אך לא ניתן לצבוע אותם בעצמו.

כיצד לבחור את חומרי סיבי החיזוק?

לאחר השוואה בין 11 הפריטים לעיל, השגנו הבנה ראשונית של שלושת החומרים.

בחירת החומר הספציפית תהיה תלויה ביישום הספציפי ובשיקולים הכלכליים על מנת להגיע לפתרון משביע רצון.

אם יש לך שאלות, אנא צור קשר עם צוות JLON, שיוכל לספק תמיכה טכנית מקצועית כדי לעזור לך לייעל עלויות ולחסוך זמן ומאמץ.