Voor- en nadelen van Kevlar, koolstofvezel en glasvezel

Versterkingsvezelmateriaaleigenschappen PK

1 treksterkte

Trekkingssterkte is de maximale spanning waarmee een materiaal kan worden weergegeven voordat u zich uitstrekt. Sommige niet-brosse materialen vervormen voordat ze breken, maar Kevlar ® (Aramid) vezels, koolstofvezels en E-glasvezels zijn breekbaar en breken met weinig vervorming. De treksterkte wordt gemeten als kracht per oppervlakte -eenheid (PA of Pascals).

Stress is de kracht en spanning is de afbuiging als gevolg van stress. De onderstaande tabel toont een vergelijking van de treksterkte van drie veelgebruikte versterkende vezels: koolstofvezel, aramidevezel, glasvezel en epoxyhars. Het is vermeldenswaard dat deze cijfers alleen ter vergelijking zijn en ze kunnen variëren met het productieproces, de samenstelling van de epoxyhars, de formulering van de aramide, de voorlopervezel van de koolstofvezel, enz., En worden uitgedrukt in MPA.

2. Dichtheid en sterkte-gewichtsverhouding

Bij het vergelijken van de dichtheden van de drie materialen kunnen significante verschillen worden gezien tussen de drie vezels. Als er drie monsters van exact dezelfde grootte en gewicht worden gemaakt, wordt al snel duidelijk dat Kevlar®-vezels veel lichter zijn, met koolstofvezels die een goede tweede komen en E-glasvezels de zwaarste. Daarom kan voor hetzelfde composietgewicht hogere sterkte worden verkregen met koolstofvezel of Kevlar®. Met andere woorden, elke structuur gemaakt van koolstofvezel- of Kevlar® -composieten die een bepaalde sterkte vereist, is kleiner of dunner dan een van glasvezel. Nadat er monsters zijn gemaakt en getest, zal blijken dat composieten van glasvezel bijna twee keer zoveel wegen als Kevlar®- of koolstofvezellaminaten. Dit betekent dat veel gewicht kan worden opgeslagen met behulp van Kevlar® of koolstofvezel. Deze eigenschap wordt sterkte-gewichtsverhouding genoemd.

3. De modulus van Young's Modulus Young

De modulus van Young is een maat voor de stijfheid van een elastisch materiaal en is een manier om een ​​materiaal te beschrijven. Het wordt gedefinieerd als de verhouding van uniaxiale (in één richting) stress tot uniaxiale stam (vervorming in dezelfde richting). Young's Modulus = Stress/Strain, wat betekent dat materialen met een hoge Young's modulus stijver zijn dan die met een lage Young's Modulus.

De stijfheid van koolstofvezel, Kevlar® en glasvezel varieert aanzienlijk. Koolstofvezel is ongeveer twee keer zo stijf als aramide vezel en vijf keer stijver dan glasvezel. Het nadeel van de uitstekende stijfheid van koolstofvezel is dat het meestal bros is. Wanneer het faalt, vertoont het niet veel spanning of vervorming.

4. Vijnbaarheid en thermische uitleg

Zowel Kevlar® als koolstofvezel zijn bestand tegen hoge temperaturen en geen van beide heeft een smeltpunt. Beide materialen zijn gebruikt in beschermende kleding en brandwerende stoffen. Glasvezel zal uiteindelijk smelten, maar is ook zeer bestand tegen hoge temperaturen. Natuurlijk kunnen matglasvezels die in gebouwen worden gebruikt, ook de brandweerstand vergroten.

Koolstofvezel en Kevlar® worden gebruikt om beschermende brandbestrijding of lasdekens of kleding te maken. Kevlar -handschoenen worden vaak in de vleesindustrie gebruikt om de handen te beschermen bij het gebruik van messen. De hittebestendigheid van de matrix (meestal epoxy) is ook belangrijk omdat de vezels zelden op zichzelf worden gebruikt. Bij blootstelling aan warmte verzacht epoxyhars snel.

5. Elektrische geleidbaarheid, geleidbaarheid

Koolstofvezel leidt elektriciteit, maar Kevlar® en glasvezel doen niet. Kevlar® wordt gebruikt voor het trekken van draden in transmissietorens. Hoewel het geen elektriciteit leidt, absorbeert het water en water geleidt elektriciteit. Daarom moet een waterdichte coating in dergelijke toepassingen op Kevlar worden toegepast.

Omdat koolstofvezel elektriciteit kan leiden, wordt galvanische koppelingscorrosie een probleem wanneer het in contact komt met andere metalen onderdelen.

6. UV -afbraak

Aramidevezels zullen degraderen in zonlicht en hoge UV -omgevingen. Koolstof- of glasvezels zijn niet erg gevoelig voor UV -straling. Sommige veelgebruikte matrices zoals epoxyharsen worden echter vastgehouden in zonlicht waar het bleken en zijn kracht verliest. Polyester en vinylestersen zijn beter bestand tegen UV, maar zwakker dan epoxyharsen.

7. Vermoeidheidsweerstand

Als een deel herhaaldelijk wordt gebogen en rechtgezet, zal het uiteindelijk falen vanwege vermoeidheid. Koolstofvezel is enigszins gevoelig voor vermoeidheid en heeft de neiging catastrofaal te falen, terwijl Kevlar® beter bestand is tegen vermoeidheid. Glasvezel zit ergens tussenin.

8. Slijtingsweerstand

Kevlar® is zeer bestand tegen slijtage, waardoor het moeilijk is om te snijden. Een van de gemeenschappelijke toepassingen van Kevlar® is als beschermende handschoenen voor gebieden waar handen kunnen worden gesneden door glas of waar scherpe messen worden gebruikt. Koolstof- en glasvezels zijn minder resistent.

9. Chemische weerstand 

Aramide vezels zijn gevoelig voor sterke zuren, alkaliërs en bepaalde oxiderende middelen (bijv. Natriumhypochloriet), die vezelafbraak kunnen veroorzaken. Gemeenschappelijke chloorbleaches (bijv. Clorox®) en waterstofperoxide kan niet worden gebruikt met KEVLAR®. Zuurstofbleekten (bijv. Natriumperboraat) kunnen worden gebruikt zonder schade aan aramide -vezels.

Koolstofvezels zijn zeer stabiel en ongevoelig voor chemische afbraak. De epoxymatrix zal echter afbreken.

10. Eigenschappen van lichaamsbinding 

Om koolstofvezels, Kevlar® en glas om optimaal te presteren, moeten ze op hun plaats worden gehouden in de matrix (meestal epoxyhars). Het vermogen van de epoxyhars om te binden aan de verschillende vezels is daarom van cruciaal belang.

Zowel koolstof- als glasvezels kunnen gemakkelijk vasthouden aan epoxy, maar de aramide vezel-epoxybinding is niet zo sterk als gewenst, en deze verminderde hechting zorgt ervoor dat waterpenetratie optrad. Als gevolg hiervan betekent het gemak waarmee aramide vezels water kunnen absorberen, in combinatie met de ongewenste hechting aan epoxy, dat als het oppervlak van de Kevlar® -composiet wordt beschadigd en water kan binnenkomen, dan Kevlar® water kan absorberen langs de vezels en het composiet verzwakken.

11. Kleur en weven

Aramid is licht goud in zijn natuurlijke toestand, het kan worden gekleurd en komt nu in vele mooie tinten. Glasvezel is ook verkrijgbaar in gekleurde versies. Koolstofvezel is altijd zwart en kan worden gemengd met gekleurde aramide, maar het kan niet worden gekleurd.