Visualizzazioni: 94 Autore: Editor del sito Orario di pubblicazione: 2024-08-15 Origine: Sito
La fibra di vetro, la fibra di carbonio e la fibra aramidica sono attualmente tutti materiali di rinforzo ampiamente utilizzati.
Fibra di vetro
Tessuto in fibra di carbonio
Tessuto aramidico (Kevlar®).
La resistenza alla trazione è lo stress massimo che un materiale può sopportare prima di allungarsi. Alcuni materiali non fragili si deformano prima di rompersi, ma fibre di Kevlar ® (aramidica), fibre di carbonio e Le fibre di vetro E sono fragili e si rompono con poca deformazione. La resistenza alla trazione viene misurata come forza per unità di area (Pa o Pascal).
Lo stress è la forza e la deformazione è la deflessione dovuta allo stress. La tabella seguente mostra un confronto tra la resistenza alla trazione di tre fibre di rinforzo comunemente utilizzate: fibra di carbonio, fibra aramidica, fibra di vetro e resina epossidica. Vale la pena notare che questi dati sono solo comparativi e possono variare con il processo di fabbricazione, la composizione della resina epossidica, la formulazione dell'aramide, la fibra precursore della fibra di carbonio, ecc., e sono espressi in MPa.
Confrontando le densità dei tre materiali, si possono notare differenze significative tra le tre fibre. Se vengono realizzati tre campioni esattamente della stessa dimensione e peso, diventa subito evidente che le fibre di Kevlar® sono molto più leggere, con le fibre di carbonio che arrivano al secondo posto e le fibre di vetro E le più pesanti. Pertanto, a parità di peso del composito, è possibile ottenere una resistenza maggiore con fibra di carbonio o Kevlar®. In altre parole, qualsiasi struttura realizzata in fibra di carbonio o compositi Kevlar® che richiede una determinata resistenza è più piccola o più sottile di quella realizzata in fibra di vetro. Dopo che i campioni sono stati realizzati e testati, si scoprirà che i compositi in fibra di vetro pesano quasi il doppio del Kevlar® o dei laminati in fibra di carbonio. Ciò significa che è possibile risparmiare molto peso utilizzando Kevlar® o fibra di carbonio. Questa proprietà è chiamata rapporto resistenza/peso.
Il modulo di Young è una misura della rigidità di un materiale elastico ed è un modo per descrivere un materiale. È definito come il rapporto tra la sollecitazione uniassiale (in una direzione) e la deformazione uniassiale (deformazione nella stessa direzione). Modulo di Young = sforzo/deformazione, il che significa che i materiali con un modulo di Young elevato sono più rigidi di quelli con un modulo di Young basso.
La rigidità della fibra di carbonio, del Kevlar® e della fibra di vetro varia notevolmente. La fibra di carbonio è circa due volte più rigida della fibra aramidica e cinque volte più rigida della fibra di vetro. Lo svantaggio dell'eccellente rigidità della fibra di carbonio è che tende ad essere più fragile. Quando fallisce, tende a non mostrare molta tensione o deformazione.
Sia il Kevlar® che la fibra di carbonio sono resistenti alle alte temperature e nessuno dei due ha un punto di fusione. Entrambi i materiali sono stati utilizzati negli indumenti protettivi e nei tessuti ignifughi. La fibra di vetro prima o poi si scioglierà, ma è anche molto resistente alle alte temperature. Naturalmente, le fibre di vetro smerigliato utilizzate negli edifici possono anche aumentare la resistenza al fuoco.
La fibra di carbonio e il Kevlar® vengono utilizzati per realizzare coperte o indumenti protettivi antincendio o per saldatura. I guanti in kevlar sono spesso utilizzati nell'industria della carne per proteggere le mani quando si utilizzano i coltelli. Anche la resistenza al calore della matrice (solitamente epossidica) è importante poiché le fibre vengono raramente utilizzate da sole. Se esposta al calore, la resina epossidica si ammorbidisce rapidamente.
La fibra di carbonio conduce l'elettricità, ma il Kevlar® e la fibra di vetro no. Il Kevlar® viene utilizzato per tirare i cavi nelle torri di trasmissione. Sebbene non conduca elettricità, assorbe acqua e l'acqua conduce elettricità. Pertanto, in tali applicazioni è necessario applicare un rivestimento impermeabile al Kevlar.
Poiché la fibra di carbonio può condurre elettricità, la corrosione dell’accoppiamento galvanico diventa un problema quando entra in contatto con altre parti metalliche.
Le fibre aramidiche si degraderanno alla luce del sole e in ambienti con raggi UV elevati. Le fibre di carbonio o di vetro non sono molto sensibili ai raggi UV. Tuttavia, alcune matrici comunemente utilizzate, come le resine epossidiche, vengono conservate alla luce del sole dove sbiancano e perdono la loro resistenza. Le resine poliestere e vinilestere sono più resistenti ai raggi UV, ma più deboli delle resine epossidiche.
Se una parte viene piegata e raddrizzata ripetutamente, prima o poi si romperà a causa della fatica. La fibra di carbonio è alquanto sensibile alla fatica e tende a cedere in modo catastrofico, mentre il Kevlar® è più resistente alla fatica. La fibra di vetro è una via di mezzo.
Kevlar® è altamente resistente all'abrasione, il che lo rende difficile da tagliare. uno degli usi comuni di Kevlar® è come guanti protettivi per aree in cui le mani possono essere tagliate dal vetro o dove vengono utilizzate lame affilate. Le fibre di carbonio e di vetro sono meno resistenti.
Le fibre aramidiche sono sensibili agli acidi forti, agli alcali e ad alcuni agenti ossidanti (ad esempio l'ipoclorito di sodio), che possono causare la degradazione delle fibre. I comuni candeggianti a base di cloro (ad esempio Clorox®) e il perossido di idrogeno non possono essere utilizzati con Kevlar®. Gli sbiancanti all'ossigeno (ad esempio il perborato di sodio) possono essere utilizzati senza danneggiare le fibre aramidiche.
Le fibre di carbonio sono molto stabili e insensibili alla degradazione chimica. Tuttavia, la matrice epossidica si degraderà.
Affinché le fibre di carbonio, Kevlar® e vetro funzionino in modo ottimale, devono essere tenuti in posizione nella matrice (solitamente resina epossidica). La capacità della resina epossidica di legarsi alle varie fibre è quindi fondamentale.
Sia le fibre di carbonio che quelle di vetro possono aderire facilmente alla resina epossidica, ma il legame fibra aramidica-resina epossidica non è forte quanto desiderato e questa adesione ridotta consente la penetrazione dell'acqua. Di conseguenza, la facilità con cui le fibre aramidiche possono assorbire acqua, unita all’adesione indesiderata alla resina epossidica, significa che se la superficie del composito Kevlar® è danneggiata e l’acqua può entrare, allora Kevlar® potrebbe assorbire acqua lungo le fibre e indebolire il composito.
L'aramide è color oro chiaro allo stato naturale, può essere colorata e ora è disponibile in tante belle tonalità. La fibra di vetro è disponibile anche nelle versioni colorate. La fibra di carbonio è sempre nera e può essere miscelata con aramide colorata, ma non può essere colorata essa stessa.
Dopo aver confrontato gli 11 elementi precedenti, abbiamo acquisito una comprensione preliminare dei tre materiali.
La scelta specifica del materiale dipenderà dall'applicazione specifica e da considerazioni economiche per arrivare ad una soluzione soddisfacente.
In caso di domande, contattare il team JLON, che può fornire supporto tecnico professionale per aiutarti a ottimizzare i costi e risparmiare tempo e fatica.
