Prednosti i nedostaci kevlara, ugljičnih vlakana i staklenih vlakana

Svojstva materijala za armatu

1 zatezna čvrstoća

Vlačna čvrstoća je maksimalni napon koji materijal može izdržati prije istezanja. Neki se materijali koji ne montiraju deformiraju prije nego što se razbijaju, ali KEVLAR ® (ARAMID) VOLJAK, ugljična vlakna i E-staklena vlakna su krhka i prekidaju se s malo deformacije. Vlačna čvrstoća mjeri se kao sila po jedinici površine (PA ili PASCALS).

Stres je sila i naprezanje je otklon zbog stresa. Tablica u nastavku prikazuje usporedbu vlačne čvrstoće tri uobičajeno korištena armatura vlakana: ugljičnih vlakana, aramid vlakana, staklenih vlakana i epoksidne smole. Vrijedno je napomenuti da su te brojke samo za usporedbu i mogu se razlikovati od procesa proizvodnje, sastava epoksidne smole, formulacije aramide, vlakana prekursora ugljičnih vlakana itd., I izražene su u MPA.

2. omjer gustoće i snage i težine

U usporedbi gustoće triju materijala, mogu se vidjeti značajne razlike između tri vlakna. Ako su napravljena tri uzorka potpuno iste veličine i težine, brzo postaje očito da su Kevlar® vlakna mnogo lakša, a ugljična vlakna dolaze na najjača druga i e-stakla najteža. Stoga se za istu težinu kompozita može dobiti veća čvrstoća s karbonskim vlaknima ili Kevlar®. Drugim riječima, svaka struktura napravljena od ugljičnih vlakana ili Kevlar® kompozita za koje je potrebna dana snaga je manja ili tanja od one napravljene od staklenih vlakana. Nakon što su napravljeni i testirani uzorci, ustanovit će se da kompoziti staklenih vlakana teže gotovo dvostruko više od kevlar® ili laminata od ugljičnih vlakana. To znači da se velika težina može spremiti pomoću Kevlar® ili ugljičnih vlakana. Ovo svojstvo naziva se omjer snage i težine.

3. Youngov modul Youngov modul

Youngov modul je mjera krutosti elastičnog materijala i način je opisivanja materijala. Definiran je kao omjer jednoosnog (u jednom smjeru) naprezanja i jednoosnog naprezanja (deformacija u istom smjeru). Youngov modul = stres/soj, što znači da su materijali s modulom visokog Young -a čvršći od onih s modulom niskog Younga.

Krutost ugljičnih vlakana, kevlar® i staklenih vlakana znatno varira. Ugljična vlakna su otprilike dvostruko kruta od aramidnih vlakana i pet puta čvršća od staklenih vlakana. Nedostatak izvrsne krutosti ugljičnih vlakana je u tome što je obično krhki. Kad ne uspije, ima tendenciju da ne pokazuje mnogo naprezanja ili deformacije.

4. Zapaljivost i toplinsko objašnjenje

I Kevlar® i ugljična vlakna otporni su na visoke temperature i niti jedno nije talište. Oba su materijala korištena u zaštitnoj odjeći i tkaninama otpornim na vatru. Staklena vlakna na kraju će se rastopiti, ali je također vrlo otporna na visoke temperature. Naravno, smrznuta staklena vlakna koja se koriste u zgradama također mogu povećati otpornost na požar.

Ugljična vlakna i Kevlar® koriste se za izradu zaštitnih vatrogasnih ili zavarivanja pokrivača ili odjeće. Kevlarne rukavice često se koriste u mesnoj industriji za zaštitu ruku prilikom korištenja noževa. Toplinski otpor matrice (obično epoksi) također je važan jer se vlakna rijetko koriste samostalno. Kad je izložena toplini, epoksidna smola brzo se omekša.

5. Električna vodljivost, vodljivost

Ugljična vlakna provodi električnu energiju, ali Kevlar® i staklena vlakna ne.Kevlar® koristi se za povlačenje žica u tornjevima za prijenos. Iako ne provodi električnu energiju, upija vodu i voda provodi električnu energiju. Stoga se u takvim primjenama mora primijeniti vodootporni premaz.

Budući da ugljična vlakna mogu provesti električnu energiju, korozija galvanske spajanja postaje problem kada uđe u kontakt s drugim metalnim dijelovima.

6. UV degradacija

Aramidna vlakna će se degradirati u sunčevoj svjetlosti i visokoj UV okruženju. Ugljična ili staklena vlakna nisu vrlo osjetljiva na UV zračenje. Međutim, neke se najčešće korištene matrice poput epoksidnih smola zadržavaju na suncu gdje će izbjeljivati ​​i izgubiti snagu. Poliesterske i vinilne esterske smole su otpornije na UV, ali slabije od epoksidnih smola.

7. Otpor umora

Ako se dio više puta savije i ispravi, na kraju će propasti zbog umora. Ugljična vlakna pomalo su osjetljiva na umor i ima tendenciju da katastrofalno ne uspije, dok je Kevlar® otporniji na umor. Stakleno vlakno je negdje između.

8. Otpor abrazije

Kevlar® je vrlo otporan na abraziju, što otežava rezanje. Jedna od uobičajenih upotreba Kevlar® je kao zaštitna rukavica za područja na kojima se ruke mogu rezati staklom ili gdje se koriste oštre noževe. Ugljična i staklena vlakna su manje otporna.

9. Kemijska otpornost 

Aramidna vlakna su osjetljiva na jake kiseline, alkalije i određena oksidacijska sredstva (npr. Natrijev hipoklorit), što može uzrokovati razgradnju vlakana. Uobičajene izbjeljivačke klora (EG Clorox®) i vodikov peroksid ne mogu se koristiti s Kevlar®. Izbjeljivači kisika (npr. Natrijev perborat) mogu se koristiti bez oštećenja aramidnih vlakana.

Ugljična vlakna su vrlo stabilna i neosjetljiva na kemijsku razgradnju. Međutim, epoksidna matrica će se degradirati.

10. Svojstva vezanja tijela 

Da bi se Kevlar® i staklo optimalno izvodili, moraju se držati na mjestu u matrici (obično epoksidna smola). Stoga je kritična sposobnost epoksidne smole da se veže na različita vlakna.

I ugljična i staklena vlakna mogu se lako držati epoksida, ali veza aramidne vlakna-epoksi nije tako jaka kao željena, a to smanjeno adhezija omogućava prodiranje vode. Kao rezultat, lakoća s kojom aramidna vlakna mogu apsorbirati vodu, zajedno s nepoželjnom prianjanjem epoksida, znači da ako je površina Kevlar® kompozita oštećena i voda može ući, tada Kevlar® može apsorbirati vodu duž vlakana i oslabiti kompozit.

11. boja i tkanje

Aramid je lagano zlato u svom prirodnom stanju, može se obojiti i sada dolazi u mnogim lijepim nijansama. Staklena vlakna također su dostupna u obojenim verzijama. Ugljična vlakna su uvijek crna i mogu se pomiješati s obojenom aramidom, ali ne može se obojiti sama.