Keuntungan dan Kekurangan Kevlar, Serat Karbon dan Serat Kaca

Properti Bahan Serat Penguatan PK

1 kekuatan tarik

Kekuatan tarik adalah tegangan maksimum yang dapat ditahan oleh bahan sebelum peregangan. Beberapa bahan yang tidak ritsleting rusak sebelum pecah, tetapi Serat Kevlar ® (aramid), serat karbon dan Serat E-glass rapuh dan pecah dengan sedikit deformasi. Kekuatan tarik diukur sebagai gaya per satuan luas (PA atau pascal).

Stres adalah gaya dan regangan adalah defleksi karena stres. Tabel di bawah ini menunjukkan perbandingan kekuatan tarik dari tiga serat penguat yang umum digunakan: serat karbon, serat aramid, serat kaca dan resin epoksi. Perlu dicatat bahwa angka -angka ini hanya untuk perbandingan dan mereka dapat bervariasi dengan proses pembuatan, komposisi resin epoksi, formulasi aramid, serat prekursor serat karbon, dll., Dan diekspresikan dalam MPa.

2. Rasio kepadatan dan kekuatan terhadap berat

Saat membandingkan kepadatan dari tiga bahan, perbedaan yang signifikan dapat dilihat antara ketiga serat. Jika tiga sampel dengan ukuran dan berat yang sama persis dibuat, dengan cepat menjadi jelas bahwa serat Kevlar® jauh lebih ringan, dengan serat karbon berada di urutan kedua dan serat kaca-e terberat. Oleh karena itu, untuk berat komposit yang sama, kekuatan yang lebih tinggi dapat diperoleh dengan serat karbon atau Kevlar®. Dengan kata lain, setiap struktur yang terbuat dari serat karbon atau komposit Kevlar® yang membutuhkan kekuatan yang diberikan lebih kecil atau lebih tipis dari yang terbuat dari serat kaca. Setelah sampel dibuat dan diuji, akan ditemukan bahwa komposit serat kaca beratnya hampir dua kali lipat dari Kevlar® atau laminasi serat karbon. Ini berarti bahwa banyak berat dapat disimpan dengan menggunakan Kevlar® atau serat karbon. Properti ini disebut rasio kekuatan-ke-berat.

3. Modulus Modulus Young Modulus

Modulus Young adalah ukuran kekakuan bahan elastis dan merupakan cara menggambarkan suatu bahan. Ini didefinisikan sebagai rasio tegangan uniaksial (dalam satu arah) terhadap regangan uniaksial (deformasi dalam arah yang sama). Modulus Young = stres/ketegangan, yang berarti bahwa bahan dengan modulus Young tinggi lebih kaku daripada mereka yang memiliki modulus muda yang rendah.

Kekakuan serat karbon, Kevlar® dan serat kaca sangat bervariasi. Serat karbon sekitar dua kali lebih kaku dari serat aramid dan lima kali lebih kaku dari serat kaca. Kelemahan dari kekakuan serat karbon yang sangat baik adalah cenderung lebih rapuh. Ketika gagal, ia cenderung tidak menunjukkan banyak ketegangan atau deformasi.

4. Penjelasan mudah terbakar dan termal

Baik Kevlar® dan serat karbon tahan terhadap suhu tinggi dan tidak ada yang memiliki titik leleh. Kedua bahan telah digunakan dalam pakaian pelindung dan kain tahan api. Serat kaca pada akhirnya akan meleleh, tetapi juga sangat tahan terhadap suhu tinggi. Tentu saja, serat kaca buram yang digunakan pada bangunan juga dapat meningkatkan ketahanan api.

Serat Karbon dan Kevlar® digunakan untuk membuat pemadam kebakaran pelindung atau selimut las atau pakaian. Sarung tangan Kevlar sering digunakan dalam industri daging untuk melindungi tangan saat menggunakan pisau. Resistensi panas matriks (biasanya epoksi) juga penting karena serat jarang digunakan sendiri. Saat terkena panas, resin epoksi melunak dengan cepat.

5. Konduktivitas Listrik, Konduktivitas

Serat karbon menghantarkan listrik, tetapi Kevlar® dan serat kaca tidak. Kevlar® digunakan untuk menarik kabel di menara transmisi. Meskipun tidak menghantarkan listrik, ia menyerap air dan air memang menghantarkan listrik. Oleh karena itu, lapisan tahan air harus diterapkan pada kevlar dalam aplikasi tersebut.

Karena serat karbon dapat menghantarkan listrik, korosi kopling galvanik menjadi masalah ketika bersentuhan dengan bagian logam lainnya.

6. Degradasi UV

Serat aramid akan terdegradasi di sinar matahari dan lingkungan UV tinggi. Serat karbon atau kaca tidak terlalu sensitif terhadap radiasi UV. Namun, beberapa matriks yang umum digunakan seperti resin epoksi dipertahankan di bawah sinar matahari di mana ia akan memutihkan dan kehilangan kekuatannya. Resin poliester dan vinil ester lebih tahan terhadap UV, tetapi lebih lemah dari resin epoksi.

7. Resistensi Kelelahan

Jika suatu bagian berulang kali ditekuk dan diluruskan, pada akhirnya akan gagal karena kelelahan. Serat karbon agak sensitif terhadap kelelahan dan cenderung gagal secara bencana, sedangkan Kevlar® lebih tahan terhadap kelelahan. Serat kaca ada di antara keduanya.

8. Resistensi Abrasi

Kevlar® sangat tahan terhadap abrasi, yang membuatnya sulit untuk dipotong. Salah satu penggunaan umum Kevlar® adalah sebagai sarung tangan pelindung untuk area di mana tangan dapat dipotong oleh kaca atau di mana bilah tajam digunakan. Serat karbon dan kaca kurang tahan.

9. Resistensi Kimia 

Serat aramid sensitif terhadap asam kuat, alkalis dan agen pengoksidasi tertentu (misalnya natrium hipoklorit), yang dapat menyebabkan degradasi serat. Pemutih klorin umum (mis. Clorox®) dan hidrogen peroksida tidak dapat digunakan dengan Kevlar®. Pemutih oksigen (misalnya natrium perborate) dapat digunakan tanpa merusak serat aramid.

Serat karbon sangat stabil dan tidak sensitif terhadap degradasi kimia. Namun, matriks epoksi akan menurun.

10. Sifat Ikatan Tubuh 

Agar serat karbon, Kevlar® dan kaca untuk melakukan secara optimal, mereka harus ditahan di matriks (biasanya resin epoksi). Oleh karena itu, kemampuan resin epoksi untuk terikat dengan berbagai serat sangat penting.

Baik serat karbon dan kaca dapat dengan mudah menempel pada epoksi, tetapi ikatan serat-epoksi aramid tidak sekuat yang diinginkan, dan pengurangan adhesi ini memungkinkan penetrasi air terjadi. Akibatnya, kemudahan serat aramid dapat menyerap air, ditambah dengan adhesi yang tidak diinginkan pada epoksi, berarti bahwa jika permukaan komposit Kevlar® rusak dan air dapat masuk, maka Kevlar® dapat menyerap air di sepanjang serat dan melemahkan komposit.

11. Warna dan Tenun

Aramid adalah emas ringan dalam keadaan alami, itu bisa diwarnai dan sekarang hadir dalam banyak warna yang bagus. Serat kaca juga tersedia dalam versi berwarna. Serat karbon selalu hitam dan dapat dicampur dengan aramid berwarna, tetapi tidak dapat diwarnai dengan sendirinya.