ケブラー、炭素繊維、ガラス繊維の利点と短所

補強繊維材料特性PK

1引張強度

引張強度は、材料が伸びる前に耐えることができる最大応力です。壊れる前にいくつかの非脆性材料が変形しますが、 Kevlar® （Aramid）繊維、 炭素繊維 と E-Glass Fibers は壊れやすく、ほとんど変形せずに壊れます。引張強度は、単位面積あたりの力（PAまたはPASCALS）として測定されます。

ストレスは力であり、負担はストレスによる偏向です。以下の表は、炭素繊維、アラミッド繊維、ガラス繊維、エポキシ樹脂の3つの一般的に使用される補強繊維の3つの張力強度の比較を示しています。これらの数字は比較のみであり、製造プロセス、エポキシ樹脂の組成、アラミドの製剤、炭素繊維の前駆繊維などによって異なる可能性があることは注目に値します。

2。密度と強度と重量の比率

3つの材料の密度を比較すると、3つの繊維の間に大きな違いが見られます。まったく同じサイズと重量の3つのサンプルが作成された場合、Kevlar®ファイバーがはるかに軽く、カーボンファイバーが2秒近く、E-GLASS繊維が最も重いことがすぐに明らかになります。したがって、同じ重量の複合材の場合、炭素繊維またはKevlar®でより高い強度を得ることができます。言い換えれば、特定の強度を必要とする炭素繊維またはkevlar®複合材料から作られた構造は、ガラス繊維から作られたものよりも小さくまたは薄いです。サンプルが作成され、テストされた後、ガラス繊維複合材料の重量がKevlar®または炭素繊維ラミネートのほぼ2倍の重量があることがわかります。これは、Kevlar®または炭素繊維を使用して、多くの重量を節約できることを意味します。このプロパティは、強度と重量の比率と呼ばれます。

3。ヤングモジュラスヤングモジュラス

ヤング率は、弾性材料の剛性の尺度であり、材料を説明する方法です。これは、単軸（一方向）応力の単軸ひずみ（同じ方向の変形）の比率として定義されます。ヤング率=ストレス/ひずみ。つまり、ヤング率の高い材料は、ヤング率が低い材料よりも硬いことがあります。

炭素繊維、kevlar®、ガラス繊維の剛性はかなり異なります。炭素繊維は、アラミッド繊維の約2倍の硬く、ガラス繊維の5倍の硬いです。炭素繊維の優れた剛性の欠点は、それがより脆くなる傾向があることです。失敗すると、多くの負担や変形を示さない傾向があります。

4。可燃性と熱の説明

Kevlar®と炭素繊維はどちらも高温に耐性があり、どちらも融点はありません。どちらの材料も保護服と耐火性の生地で使用されています。ガラス繊維は最終的に溶けますが、高温にも非常に耐性があります。もちろん、建物で使用されるつや消しのガラス繊維も、耐火性を高める可能性があります。

Carbon FiberおよびKevlar®は、保護用の消防または溶接毛布または衣服を作るために使用されます。ケブラーグローブは、ナイフを使用するときに手を保護するために、食肉業界でよく使用されます。マトリックスの耐熱性（通常はエポキシ）も重要です。繊維はそれ自体ではめったに使用されないためです。熱にさらされると、エポキシ樹脂は急速に柔らかくなります。

5。電気伝導率、導電率

カーボンファイバーは電気を導入しますが、Kevlar®とGlass Fiberは送信タワーのワイヤーを引っ張るために使用されません。電気を導入しませんが、水を吸収し、水は電気を導入します。したがって、そのような用途では、防水コーティングをケブラーに適用する必要があります。

炭素繊維は電気を導入できるため、他の金属部品と接触すると、ガルバニックカップリング腐食が問題になります。

6。UV分解

アラミッド繊維は、日光と高いUV環境で劣化します。炭素またはガラス繊維は、紫外線にあまり敏感ではありません。ただし、エポキシ樹脂などの一般的に使用されるマトリックスは、太陽光に保持され、ホワイト化され、強度が失われます。ポリエステルおよびビニールエステル樹脂は、紫外線に対してより耐性がありますが、エポキシ樹脂よりも弱いです。

7。疲労抵抗

部品が繰り返し曲がってまっすぐになった場合、疲労のために最終的に失敗します。炭素繊維は疲労にやや敏感であり、壊滅的に失敗する傾向がありますが、Kevlar®は疲労に対してより耐性があります。ガラス繊維はその中間のどこかにあります。

8。耐摩耗性

Kevlar®は摩耗に対して非常に耐性があるため、切断が困難になります。 Kevlar®の一般的な用途の1つは、手がガラスで切断されるか、鋭い刃が使用される領域の保護手袋としてです。炭素繊維とガラス繊維は耐性が低くなります。

9。耐薬品性 

アラミッド繊維は、強酸、アルカリ、および特定の酸化剤（例えば次亜塩素酸ナトリウム）に敏感であり、繊維分解を引き起こす可能性があります。一般的な塩素漂白剤（Clorox®など）および過酸化水素は、Kevlar®では使用できません。酸素漂白剤（たとえば、パルボレートナトリウム）は、アラミッド繊維を損傷することなく使用できます。

炭素繊維は非常に安定しており、化学的分解に鈍感です。ただし、エポキシマトリックスは劣化します。

10。ボディボンディング特性 

炭素繊維、kevlar®、およびガラスが最適に機能するには、マトリックス（通常はエポキシ樹脂）に所定の位置に保持する必要があります。したがって、エポキシ樹脂がさまざまな繊維に結合する能力は重要です。

炭素繊維とガラス繊維の両方がエポキシに簡単に固執することができますが、アラミッドの繊維エポキシ結合は望ましいほど強くはありません。これにより、接着が減少すると、水浸透が発生します。その結果、アラミド繊維がエポキシへの望ましくない接着と相まって水を吸収できる容易さは、kevlar®複合材の表面が損傷し、水が入る可能性があることを意味し、ケブラー®は繊維に沿って水を吸収し、複合岩を弱めることができます。

11。色と織り

Aramidは自然状態の軽い金であり、着色することができ、今では多くの素敵な色合いがあります。ガラスファイバーは、色付きバージョンでも利用できます。炭素繊維は常に黒で、色付きのアラミッドと混ぜることができますが、それ自体を色にすることはできません。