Kelebihan dan Kekurangan Kevlar, Serat Karbon dan Serat Kaca

Sifat bahan serat tetulang pk

1 kekuatan tegangan

Kekuatan tegangan adalah tekanan maksimum bahan yang dapat menahan sebelum meregangkan. Beberapa bahan tidak rapuh sebelum pecah, tetapi Serat Kevlar ® (Aramid), serat karbon dan Serat E-kaca rapuh dan pecah dengan sedikit ubah bentuk. Kekuatan tegangan diukur sebagai daya per unit kawasan (PA atau Pascals).

Tekanan adalah daya dan ketegangan adalah pesongan akibat tekanan. Jadual di bawah menunjukkan perbandingan kekuatan tegangan tiga serat pengukuhan yang biasa digunakan: serat karbon, serat aramid, serat kaca dan resin epoksi. Perlu diingat bahawa angka -angka ini hanya untuk perbandingan dan mereka boleh berbeza -beza dengan proses pembuatan, komposisi resin epoksi, perumusan aramid, serat prekursor serat karbon, dan lain -lain, dan dinyatakan dalam MPa.

2. Ketumpatan dan nisbah kekuatan-ke-berat

Apabila membandingkan kepadatan tiga bahan, perbezaan yang signifikan dapat dilihat di antara tiga serat. Sekiranya tiga sampel saiz dan berat yang sama dibuat, dengan cepat menjadi jelas bahawa serat Kevlar® lebih ringan, dengan serat karbon datang serat kedua dan gentian e-kaca yang paling berat. Oleh itu, untuk berat komposit yang sama, kekuatan yang lebih tinggi boleh diperolehi dengan serat karbon atau Kevlar®. Dalam erti kata lain, apa -apa struktur yang diperbuat daripada serat karbon atau komposit Kevlar® yang memerlukan kekuatan yang diberikan adalah lebih kecil atau lebih nipis daripada yang dibuat dari serat kaca. Selepas sampel telah dibuat dan diuji, ia akan didapati bahawa komposit gentian kaca berat hampir dua kali ganda daripada Laminates serat Kevlar® atau karbon. Ini bermakna banyak berat boleh disimpan dengan menggunakan serat Kevlar® atau karbon. Harta ini dipanggil nisbah kekuatan-ke-berat.

3. Modulus Modulus Young Young

Modulus Young adalah ukuran kekakuan bahan elastik dan merupakan cara untuk menerangkan bahan. Ia ditakrifkan sebagai nisbah tegasan uniaxial (dalam satu arah) kepada ketegangan uniaxial (ubah bentuk dalam arah yang sama). Modulus Young = Tekanan/Strain, yang bermaksud bahawa bahan -bahan dengan modulus Young yang tinggi adalah lebih berat daripada mereka yang mempunyai modulus muda yang rendah.

Kekakuan serat karbon, Kevlar® dan serat kaca berbeza -beza. Serat karbon adalah kira -kira dua kali lebih sengit seperti serat aramid dan lima kali lebih berat daripada serat kaca. Kelemahan kekakuan yang sangat baik serat karbon adalah bahawa ia cenderung lebih rapuh. Apabila ia gagal, ia cenderung untuk tidak menunjukkan banyak ketegangan atau ubah bentuk.

4. Kemerosotan dan penjelasan terma

Kedua -dua Kevlar® dan serat karbon tahan terhadap suhu tinggi dan tidak mempunyai titik lebur. Kedua-dua bahan telah digunakan dalam pakaian pelindung dan kain tahan api. Serat kaca akhirnya akan mencairkan, tetapi juga sangat tahan terhadap suhu tinggi. Sudah tentu, serat kaca yang digunakan di bangunan juga boleh meningkatkan rintangan kebakaran.

Serat Karbon dan Kevlar® digunakan untuk membuat selimut pemadam kebakaran atau selimut atau pakaian kimpalan. Sarung tangan Kevlar sering digunakan dalam industri daging untuk melindungi tangan ketika menggunakan pisau. Rintangan haba matriks (biasanya epoksi) juga penting kerana serat jarang digunakan sendiri. Apabila terdedah kepada haba, resin epoksi melembutkan dengan cepat.

5. Kekonduksian elektrik, kekonduksian

Serat karbon menjalankan elektrik, tetapi serat Kevlar® dan kaca tidak.kevlar® digunakan untuk menarik wayar di menara penghantaran. Walaupun ia tidak menjalankan elektrik, ia menyerap air dan air tidak menjalankan elektrik. Oleh itu, salutan kalis air mesti digunakan untuk Kevlar dalam aplikasi tersebut.

Kerana serat karbon dapat menjalankan elektrik, kakisan gandingan galvanik menjadi masalah ketika bersentuhan dengan bahagian logam lain.

6. UV Degradasi

Serat Aramid akan merosot dalam cahaya matahari dan persekitaran UV yang tinggi. Serat karbon atau kaca tidak begitu sensitif terhadap sinaran UV. Walau bagaimanapun, beberapa matriks yang biasa digunakan seperti resin epoksi dikekalkan dalam cahaya matahari di mana ia akan memutihkan dan kehilangan kekuatannya. Resin poliester dan vinil ester lebih tahan terhadap UV, tetapi lebih lemah daripada resin epoksi.

7. Rintangan Keletihan

Sekiranya bahagian berulang kali bengkok dan diluruskan, ia akhirnya akan gagal kerana keletihan. Serat karbon agak sensitif terhadap keletihan dan cenderung gagal secara bencana, sedangkan Kevlar® lebih tahan terhadap keletihan. Serat kaca berada di antara.

8. Rintangan Abrasion

Kevlar® sangat tahan terhadap lelasan, yang menjadikannya sukar untuk dipotong. Salah satu kegunaan umum Kevlar® adalah sebagai sarung tangan pelindung untuk kawasan di mana tangan boleh dipotong oleh kaca atau di mana bilah tajam digunakan. Serat karbon dan kaca kurang tahan.

9. Rintangan Kimia 

Serat aramid sensitif terhadap asid kuat, alkali dan agen pengoksidaan tertentu (contohnya natrium hipoklorit), yang boleh menyebabkan degradasi serat. Peluntur klorin biasa (contohnya Clorox®) dan hidrogen peroksida tidak boleh digunakan dengan Kevlar®. Peluntur oksigen (contohnya natrium perborate) boleh digunakan tanpa merosakkan serat aramid.

Serat karbon sangat stabil dan tidak sensitif terhadap kemerosotan kimia. Walau bagaimanapun, matriks epoksi akan merosot.

10. sifat ikatan badan 

Agar gentian karbon, Kevlar® dan kaca untuk melakukan optimum, mereka mesti diadakan di dalam matriks (biasanya resin epoksi). Keupayaan resin epoksi untuk ikatan kepada pelbagai serat adalah kritikal.

Kedua-dua serat karbon dan kaca dengan mudah boleh melekat pada epoksi, tetapi ikatan epoksi serat aramid tidak begitu kuat seperti yang dikehendaki, dan lekatan yang dikurangkan ini membolehkan penembusan air berlaku. Akibatnya, kemudahan yang gentian aramid dapat menyerap air, ditambah dengan lekatan yang tidak diingini untuk epoksi, bermakna jika permukaan komposit Kevlar® rosak dan air boleh masuk, maka Kevlar® dapat menyerap air di sepanjang serat dan melemahkan komposit.

11. Warna dan Menenun

Aramid adalah emas ringan dalam keadaan semulajadi, ia boleh berwarna dan kini datang dalam banyak warna yang bagus. Serat kaca juga boleh didapati dalam versi berwarna. Serat karbon sentiasa hitam dan boleh dicampur dengan aramid berwarna, tetapi ia tidak boleh berwarna sendiri.