케블라, 탄소 섬유 및 유리 섬유의 장점과 단점

강화 섬유 재료 특성 pk

1 인장 강도

인장 강도는 스트레칭 전에 물질이 견딜 수있는 최대 응력입니다. 브레이크가 아닌 일부 비 직장 재료는 파손되기 전에 변형되었지만 Kevlar ® (Aramid) 섬유, 탄소 섬유 및 e-glass 섬유는 깨지기 쉬우 며 변형이 거의 없습니다. 인장 강도는 단위 면적당 힘으로 측정됩니다 (PA 또는 PASCALS).

응력은 힘과 변형이 스트레스로 인한 편향입니다. 아래 표는 일반적으로 사용되는 3 개의 강화 섬유의 인장 강도의 비교, 즉 탄소 섬유, 아라미드 섬유, 유리 섬유 및 에폭시 수지의 비교를 보여줍니다. 이 수치는 비교만을위한 것이며 제조 공정, 에폭시 수지의 조성, 아라미드의 제제, 탄소 섬유의 전구체 섬유 등에 따라 다를 수 있으며 MPA로 발현 될 수 있습니다.

2. 밀도와 강도 대 중량비

세 물질의 밀도를 비교할 때, 세 섬유 사이에 상당한 차이가 나타날 수 있습니다. 정확히 같은 크기와 무게의 세 가지 샘플이 만들어지면 Kevlar® 섬유가 훨씬 가벼워서 탄소 섬유가 가까운 2 초, e-glass 섬유가 가장 무거워진다는 것이 빠르게 분명해집니다. 따라서 동일한 중량의 복합재의 경우 탄소 섬유 또는 Kevlar®로 더 높은 강도를 얻을 수 있습니다. 다시 말해, 주어진 강도를 필요로하는 탄소 섬유 또는 Kevlar® 복합재로 만든 모든 구조는 유리 섬유로 만든 것보다 작거나 얇습니다. 샘플이 만들어지고 테스트 된 후, 유리 섬유 복합재의 무게는 Kevlar® 또는 탄소 섬유 라미네이트보다 거의 두 배의 무게를 발견 할 수 있습니다. 이것은 Kevlar® 또는 탄소 섬유를 사용하여 많은 무게를 절약 할 수 있음을 의미합니다. 이 속성을 강도 대 중량비라고합니다.

3. 영의 모듈러스 영률

Young 's Modulus는 탄성 재료의 강성의 척도이며 물질을 묘사하는 방법입니다. 단축 (한 방향) 응력 대 불모의 변형률 (동일한 방향으로 변형)의 비율로 정의됩니다. Young 's Modulus = 스트레스/변형, 이는 젊은 모듈러스가 높은 재료가 낮은 젊은 모듈러스를 가진 재료보다 단단하다는 것을 의미합니다.

탄소 섬유, Kevlar® 및 유리 섬유의 강성은 상당히 다양합니다. 탄소 섬유는 아라미드 섬유보다 약 2 배, 유리 섬유보다 5 배 더 단단합니다. 탄소 섬유의 탁월한 강성의 단점은 그것이 더 부서지기 쉬운 경향이 있다는 것입니다. 실패하면 많은 변형이나 변형을 나타내지 않는 경향이 있습니다.

4. 가연성 및 열 설명

Kevlar®와 Carbon Fiber는 모두 고온에 내성이 있으며 용융점이 없습니다. 두 재료 모두 보호 의류 및 내화성 직물에 사용되었습니다. 유리 섬유는 결국 녹을 것이지만 고온에도 강력합니다. 물론 건물에 사용되는 서리가 달린 유리 섬유도 내화성을 증가시킬 수 있습니다.

탄소 섬유와 Kevlar®는 보호 소방 또는 용접 담요 또는 의류를 만드는 데 사용됩니다. Kevlar 장갑은 종종 고기 산업에서 나이프를 사용할 때 손을 보호하기 위해 사용됩니다. 섬유가 그 자체로 거의 사용되지 않기 때문에 매트릭스의 내열성 (일반적으로 에폭시)도 중요합니다. 열에 노출되면 에폭시 수지가 빠르게 연약하게 부드럽게됩니다.

5. 전기 전도성, 전도도

탄소 섬유는 전기를 전기하지만 Kevlar® 및 유리 섬유는 그렇지 않습니다. Kevlar®는 변속기 타워에서 와이어를 당기는 데 사용됩니다. 전기를 전도하지는 않지만 물을 흡수하고 물은 전기를 전도합니다. 따라서 이러한 응용 분야에서 방수 코팅을 Kevlar에 적용해야합니다.

탄소 섬유는 전기를 전도 할 수 있기 때문에 다른 금속 부품과 접촉 할 때 갈바니 커플 링 부식이 문제가됩니다.

6. UV 저하

아라미드 섬유는 햇빛과 높은 UV 환경에서 저하됩니다. 탄소 또는 유리 섬유는 UV 방사선에 그다지 민감하지 않습니다. 그러나, 에폭시 수지와 같은 일반적으로 사용되는 일부 매트릭스는 햇빛에 유지되는데, 그곳에서 흰색이 희게되고 강도를 잃게됩니다. 폴리 에스테르 및 비닐 에스테르 수지는 UV에 더 내성이 있지만 에폭시 수지보다 약합니다.

7. 피로 저항

부분이 반복적으로 구부러지고 곧게 펴면 피로로 인해 결국 실패합니다. 탄소 섬유는 피로에 다소 민감하며 치명적으로 실패하는 경향이있는 반면 Kevlar®는 피로에 더 강합니다. 유리 섬유는 그 사이 어딘가에 있습니다.

8. 마모 저항

Kevlar®는 마모에 매우 저항력이있어 절단하기가 어렵습니다. Kevlar®의 일반적인 용도 중 하나는 유리로 손을자를 수있는 지역이나 날카로운 날을 사용하는 지역의 보호 장갑입니다. 탄소 및 유리 섬유는 저항력이 떨어집니다.

9. 화학 저항 

아라미드 섬유는 강산, 알칼리 및 특정 산화제 (예 : 차아 염소산 나트륨)에 민감하여 섬유질 분해를 유발할 수 있습니다. 일반적인 염소 표백제 (예 : Clorox®) 및 과산화수소는 Kevlar®에 사용할 수 없습니다. 산소 표백제 (예 : 나트륨 퍼보 레이트)는 아라미드 섬유를 손상시키지 않고 사용할 수 있습니다.

탄소 섬유는 매우 안정적이며 화학적 분해에 둔감합니다. 그러나 에폭시 매트릭스는 저하됩니다.

10. 신체 결합 특성 

탄소 섬유, Kevlar® 및 유리가 최적으로 수행 되려면 매트릭스 (일반적으로 에폭시 수지)에 고정되어야합니다. 따라서 에폭시 수지가 다양한 섬유에 결합하는 능력이 중요하다.

탄소 및 유리 섬유는 모두 에폭시에 쉽게 고정 될 수 있지만, 아라미드 섬유-에폭시 결합은 원하는만큼 강하지 않으며,이 감소 된 접착은 물 침투가 발생할 수있게한다. 결과적으로, 아라미드 섬유가 물을 흡수 할 수있는 용이성과 에폭시에 대한 바람직하지 않은 접착력과 결합하면 Kevlar® 복합재의 표면이 손상되고 물이 들어올 수있는 경우 Kevlar®는 섬유를 따라 물을 흡수하고 복합재를 약화시킬 수 있음을 의미합니다.

11. 색상과 직조

아라미드는 자연 상태의 가벼운 금이며, 채색 할 수 있으며 이제는 많은 멋진 색조로 제공됩니다. 유리 섬유는 색상 버전으로도 제공됩니다. 탄소 섬유는 항상 검은 색이며 컬러 아라미드와 혼합 될 수 있지만 자체적으로는 색상을 만들 수는 없습니다.