A Kevlar, a szénszál és az üvegszál előnyei és hátrányai

Megerősítő szálas anyag tulajdonságai pk

1 szakítószilárdság

A szakítószilárdság az a maximális feszültség, amelyet az anyag ellenállhat a nyújtás előtt. Néhány nem törékeny anyag deformálódik a törés előtt, de Kevlar ® (Aramid) szálak, szénszálak és Az e-üvegszálak törékenyek és kevés deformációval törnek. A szakítószilárdságot egységenkénti erővel (PA vagy Pascals) mérik.

A stressz az erő és a feszültség a stressz okozta elhajlás. Az alábbi táblázat a három általánosan használt megerősítő szálak szakítószilárdságának összehasonlítását mutatja: szénszál, aramid rost, üvegszál és epoxi gyanta. Érdemes megjegyezni, hogy ezek az adatok csak összehasonlításra kerülnek, és változhatnak a gyártási folyamattól, az epoxi gyanta összetételétől, az Aramid megfogalmazásától, a szénszál prekurzorrostjától stb.

2. Sűrűség és erő-súly arány

A három anyag sűrűségének összehasonlításakor szignifikáns különbségek láthatók a három szál között. Ha három pontosan azonos méretű és súlyú mintát készítenek, akkor gyorsan nyilvánvalóvá válik, hogy a Kevlar® szálak sokkal könnyebbek, a szénszálak egy közeli másodpercre, az e-üvegszálak pedig a legnehezebbek. Ezért a kompozit azonos súlyánál nagyobb szilárdságot lehet elérni szénszál vagy Kevlar® segítségével. Más szavakkal, a szénszálból vagy a Kevlar® kompozitokból készült bármely szerkezet, amely egy adott szilárdságot igényel, kisebb vagy vékonyabb, mint az üvegszálból készült. A minták elkészítése és tesztelése után megállapítható, hogy az üvegszálas kompozitok csaknem kétszer annyit tesznek, mint a Kevlar® vagy a szénszálas laminátumok. Ez azt jelenti, hogy sok súly megtakarítható a Kevlar® vagy szénszál használatával. Ezt a tulajdonságot szilárdság-súly aránynak nevezzük.

3. Young modulusának Young modulusa

A Young modulusa egy rugalmas anyag merevségének mértéke, és az anyag leírásának módja. Ezt úgy definiálják, mint az egytengelyes (egy irányú) stressz és az egytengelyes törzs aránya (deformáció ugyanabba az irányban). Young modulusa = stressz/feszültség, ami azt jelenti, hogy a magas Young modulusú anyagok merevebbek, mint az alacsony Young -modulusok.

A szénszál, a Kevlar® és az üvegszál merevsége jelentősen eltér. A szénszál körülbelül kétszer olyan merev, mint az aramid rost, és ötször merevebb, mint az üvegszál. A szénszál kiváló merevségének hátránya az, hogy általában törékenyebb. Ha kudarcot vall, akkor hajlamos nem mutatni sok feszültséget vagy deformációt.

4.

Mind a Kevlar®, mind a szénszál ellenáll a magas hőmérsékletnek, és egyik sem olvadási pontja. Mindkét anyagot védőruházatban és tűzálló szövetekben használták. Az üvegszál végül megolvad, de nagyon ellenálló a magas hőmérsékletekkel is. Természetesen az épületekben használt fagyos üvegszálak szintén növelhetik a tűzállóságot.

A szénszálat és a Kevlar® -t védő tűzoltás vagy hegesztő takarók vagy ruházat készítésére használják. A kevlar kesztyűt gyakran használják a húsiparban a kezek védelme érdekében kések használatakor. A mátrix (általában epoxi) hőállósága szintén fontos, mivel a szálakat önmagában ritkán használják. Hőnek való kitettség esetén az epoxi gyanta gyorsan lágyul.

5. Elektromos vezetőképesség, vezetőképesség

A szénszál elektromos áramot vezet, de a Kevlar® és az üvegszál nem. Noha nem visel villamos energiát, elnyeli a vizet, és a víz villamos energiát visel. Ezért az ilyen alkalmazásokban vízálló bevonatot kell alkalmazni a Kevlarra.

Mivel a szénszál villamos energiát viselhet, a galván összekapcsolás korróziója problémát jelent, amikor más fém alkatrészekkel érintkezik.

6. UV lebomlás

Az Aramid szálak napfényben és magas UV -környezetben romlanak. A szén- vagy üvegszálak nem nagyon érzékenyek az UV sugárzásra. Néhány általánosan használt mátrixokat, például az epoxi gyantákat napfényben megmaradják, ahol fehéredni fog és elveszíti erejét. A poliészter és a vinil -észter gyanták jobban ellenállnak az UV -nak, de gyengébbek, mint az epoxi gyanták.

7. Fáradtság ellenállás

Ha egy részt többször meghajol és kiegyenesedik, akkor a fáradtság miatt végül meghibásodik. A szénszál kissé érzékeny a fáradtságra, és katasztrofálisan kudarcot vall, míg a Kevlar® jobban ellenáll a fáradtságnak. Az üvegszál valahol a kettő között van.

8. kopásállóság

A Kevlar® nagyon ellenáll a kopásnak, ami megnehezíti a vágást. A Kevlar® egyik leggyakoribb felhasználása védőkesztyűként szolgál olyan területeken, ahol a kezeket üveggel vághatják, vagy éles pengéket használhatnak. A szén- és üvegszálak kevésbé ellenállnak.

9. Kémiai ellenállás 

Az aramid szálak érzékenyek az erős savakra, lúgokra és bizonyos oxidálószerekre (pl. Nátrium -hipoklorit), amelyek rost lebomlását okozhatják. A közönséges klórfehérítés (pl. Clorox®) és a hidrogén -peroxid nem használható a Kevlar® segítségével. Az oxigénfehérítések (pl. Nátrium -perborát) használhatók az aramid rostok károsodása nélkül.

A szénszálak nagyon stabilak és érzéketlenek a kémiai lebomlásra. Az epoxi mátrix azonban romlik.

10. testkötési tulajdonságok 

Annak érdekében, hogy a szénszálak, a Kevlar® és az üveg optimálisan teljesítsenek, azokat a mátrixban (általában epoxi gyantában) kell tartani. Ezért kritikus fontosságú az epoxi gyantának a különféle szálakhoz való kötődése.

Mind a szén, mind az üvegszálak könnyen ragaszkodhatnak az epoxihoz, de az aramid rost-epoxi-kötés nem olyan erős, mint a kívánt, és ez a csökkent tapadás lehetővé teszi a víz behatolását. Ennek eredményeként az, hogy az Aramid szálak könnyedén felszívhatják a vizet, és az epoxihoz nemkívánatos tapadással párosulnak, azt jelenti, hogy ha a Kevlar® kompozit felülete megsérülhet, és a víz beérkezhet, akkor a Kevlar® felszívhatja a vizet a szálak mentén, és gyengítheti a kompozitot.

11. Szín és szövés

Az Aramid természetes állapotában világos arany, színezhető, és most sok szép árnyalatban kapható. Az üvegszál színes verziókban is kapható. A szénszál mindig fekete, és keverhető színes aramiddal, de nem színezhető.