Kevlara, oglekļa šķiedras un stikla šķiedras priekšrocības un trūkumi

Armatūras šķiedru materiāla īpašības PK

1 stiepes izturība

Stiepes izturība ir maksimālais spriegums, ko materiāls var izturēt pirms stiepšanās. Daži materiāli, kas nav brits Kevlar ® (aramid) šķiedras, oglekļa šķiedras un E-stikla šķiedras ir trauslas un sabojājas ar nelielu deformāciju. Stiepes izturību mēra kā spēku uz laukuma vienību (PA vai Pascals).

Stress ir spēks, un celms ir novirze stresa dēļ. Zemāk esošajā tabulā parādīts trīs parasti izmantoto armatūras šķiedru stiepes izturības salīdzinājums: oglekļa šķiedra, aramīdu šķiedra, stikla šķiedra un epoksīda sveķi. Ir vērts atzīmēt, ka šie skaitļi ir paredzēti tikai salīdzināšanai, un tie var mainīties atkarībā no ražošanas procesa, epoksīda sveķu sastāva, aramīda formulējuma, oglekļa šķiedras prekursoru šķiedras utt., Un tie tiek izteikti MPA.

2. blīvuma un izturības un svara attiecība

Salīdzinot trīs materiālu blīvumu, starp trim šķiedrām var redzēt būtiskas atšķirības. Ja tiek izgatavoti trīs paraugi ar tāda paša izmēra un svara paraugiem, ātri kļūst skaidrs, ka Kevlar® šķiedras ir daudz vieglākas, un oglekļa šķiedras ir tuvākās sekundes un e-stikla šķiedras. Tāpēc ar tādu pašu kompozītmateriāla svaru var iegūt lielāku stiprību ar oglekļa šķiedru vai Kevlar®. Citiem vārdiem sakot, jebkura struktūra, kas izgatavota no oglekļa šķiedras vai Kevlar® kompozītmateriāliem, kurai nepieciešama noteikta stiprība, ir mazāka vai plānāka nekā viena, kas izgatavota no stikla šķiedras. Pēc paraugu izgatavošanas un pārbaudīšanas tiks konstatēts, ka stikla šķiedru kompozīti sver gandrīz divreiz vairāk nekā Kevlar® vai oglekļa šķiedras laminātus. Tas nozīmē, ka daudz svara var ietaupīt, izmantojot Kevlar® vai oglekļa šķiedru. Šo īpašumu sauc par stipruma un svara attiecību.

3. Younga modulis Younga modulis

Younga modulis ir elastīgā materiāla stīvuma mērs un ir veids, kā aprakstīt materiālu. To definē kā vieniaksiālā (vienā virzienā) sprieguma attiecībā pret uniaksiālo celmu (deformācija tajā pašā virzienā). Younga modulis = stress/celms, kas nozīmē, ka materiāli ar augstu Young moduli ir stingrāki nekā tie, kuriem ir zems Young modulis.

Oglekļa šķiedras, Kevlar® un stikla šķiedras stīvums ievērojami atšķiras. Oglekļa šķiedra ir apmēram divreiz stīva kā aramīda šķiedra un piecas reizes stingrāka nekā stikla šķiedra. Oglekļa šķiedras izcilā stīvuma negatīvie ir tas, ka tas mēdz būt trauslāks. Kad tas neizdodas, tas mēdz neuzrādīt lielu celmu vai deformāciju.

4. Uzliesmojamība un termiskais skaidrojums

Gan Kevlar®, gan oglekļa šķiedra ir izturīgi pret augstu temperatūru, un nevienai no tām nav kušanas temperatūras. Abi materiāli ir izmantoti aizsargājošos apģērbos un ugunsizturīgos audumos. Stikla šķiedra galu galā izkausēs, bet ir arī ļoti izturīga pret augsto temperatūru. Protams, ēkās izmantotās matētās stikla šķiedras var arī palielināt ugunsizturību.

Oglekļa šķiedra un Kevlar® tiek izmantoti, lai pagatavotu aizsargājošu ugunsdzēsību vai metināšanas segas vai apģērbu. Kevlar cimdus gaļas nozarē bieži izmanto, lai aizsargātu rokas, lietojot nažus. Svarīga ir arī matricas (parasti epoksīda) karstuma izturība, jo šķiedras reti izmanto pašas. Saskaroties ar karstumu, epoksīda sveķi ātri mīkstina.

5. Elektriskā vadītspēja, vadītspēja

Oglekļa šķiedra vada elektrību, bet Kevlar® un stikla šķiedra to nedara .Kevlar® tiek izmantots vadu vilkšanai transmisijas torņos. Lai arī tas neveic elektrību, tas absorbē ūdeni un ūdens vada elektrību. Tāpēc šādās lietojumprogrammās Kevlaram jāpieliek ūdensnecaurlaidīgs pārklājums.

Tā kā oglekļa šķiedra var vadīt elektrību, galvaniskā savienojuma korozija kļūst par problēmu, kad tā nonāk saskarē ar citām metāla detaļām.

6. UV degradācija

Aramid šķiedras noārdīsies saules gaismā un augstā UV vidē. Oglekļa vai stikla šķiedras nav ļoti jutīgas pret UV starojumu. Tomēr dažas parasti izmantotās matricas, piemēram, epoksīda sveķi, tiek saglabātas saules gaismā, kur tā balinās un zaudēs spēku. Poliestera un vinila estera sveķi ir izturīgāki pret UV, bet vājāki nekā epoksīda sveķi.

7. Noguruma pretestība

Ja daļa ir atkārtoti saliekta un iztaisnota, tā galu galā neizdosies noguruma dēļ. Oglekļa šķiedra ir nedaudz jutīga pret nogurumu un tai ir tendence katastrofiski neizdoties, turpretī Kevlar® ir izturīgāks pret nogurumu. Stikla šķiedra ir kaut kur pa vidu.

8. Aizbrāzu pretestība

Kevlar® ir ļoti izturīgs pret nodilumu, kas apgrūtina samazināšanu. Viens no izplatītajiem Kevlar® lietojumiem ir kā aizsargājoši cimdi vietām, kur rokas var sagriezt ar stiklu vai kur tiek izmantotas asas asmeņi. Oglekļa un stikla šķiedras ir mazāk izturīgas.

9. Ķīmiskā izturība 

Aramīdu šķiedras ir jutīgas pret spēcīgām skābēm, sārmiem un noteiktiem oksidējošiem līdzekļiem (piemēram, nātrija hipohlorīts), kas var izraisīt šķiedru sadalīšanos. Parastie hlora balinātāji (piemēram, Clorox®) un ūdeņraža peroksīdu nevar izmantot kopā ar Kevlar®. Skābekļa balinātājus (piemēram, nātrija perborātu) var izmantot, nesabojājot aramīdu šķiedras.

Oglekļa šķiedras ir ļoti stabilas un nejutīgas pret ķīmisko sadalīšanos. Tomēr epoksīda matrica pasliktināsies.

10. Ķermeņa savienošanas īpašības 

Lai oglekļa šķiedras, Kevlar® un stikls darbotos optimāli, tām jātur vietā matricā (parasti epoksīda sveķi). Tāpēc epoksīda sveķu spēja saistīties ar dažādām šķiedrām ir kritiska.

Gan oglekļa, gan stikla šķiedras var viegli pieturēties pie epoksīda, bet aramīdu šķiedru-epoksīda saite nav tik spēcīga, kā vēlama, un šī samazinātā saķere ļauj notikt ūdens iekļūšanai. Rezultātā aramīdu šķiedras var absorbēt ūdeni, apvienojumā ar nevēlamu saķeri ar epoksīdu, nozīmē, ka, ja Kevlar® kompozīta virsma ir bojāta un ūdens var iekļūt, tad Kevlar® var absorbēt ūdeni gar šķiedrām un vājināt kompozītu.

11. Krāsa un aušana

Aramids dabiskajā stāvoklī ir gaišs zelts, to var iekrāsot un tagad ir daudz jauku toņu. Stikla šķiedra ir pieejama arī krāsainās versijās. Oglekļa šķiedra vienmēr ir melna, un to var sajaukt ar krāsainu aramīdu, bet to nevar krāsot.