Aantal keren bekeken: 94 Auteur: Site-editor Publicatietijd: 15-08-2024 Herkomst: Locatie
Glasvezel, koolstofvezel en aramidevezel zijn momenteel veelgebruikte versterkingsmaterialen.
Glasvezel
Koolstofvezelstof
Aramide (Kevlar®)stof
Treksterkte is de maximale spanning die een materiaal kan weerstaan voordat het uitrekt. Sommige niet-broze materialen vervormen voordat ze breken Kevlar® (aramide) vezels, koolstofvezels en E-glasvezels zijn kwetsbaar en breken met weinig vervorming. Treksterkte wordt gemeten als kracht per oppervlakte-eenheid (Pa of Pascal).
Spanning is de kracht en rek is de doorbuiging als gevolg van spanning. 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 dienen en kunnen variëren afhankelijk van het productieproces, de samenstelling van de epoxyhars, de formulering van het aramide, de precursorvezel van de koolstofvezel, enz., en worden uitgedrukt in MPa.
Wanneer je de dichtheden van de drie materialen vergelijkt, zijn er significante verschillen te zien tussen de drie vezels. Als er drie monsters van exact dezelfde grootte en hetzelfde gewicht worden gemaakt, wordt al snel duidelijk dat Kevlar®-vezels veel lichter zijn, waarbij koolstofvezels op de tweede plaats komen en E-glasvezels de zwaarste. Daarom kan voor hetzelfde gewicht aan composiet een 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 structuur gemaakt van glasvezel. Nadat monsters zijn gemaakt en getest, zal blijken dat glasvezelcomposieten bijna twee keer zoveel wegen als Kevlar® of koolstofvezellaminaten. Dit betekent dat er veel gewicht kan worden bespaard door het gebruik van Kevlar® of koolstofvezel. Deze eigenschap wordt de sterkte-gewichtsverhouding genoemd.
Young's modulus is een maatstaf voor de stijfheid van een elastisch materiaal en is een manier om een materiaal te beschrijven. Het wordt gedefinieerd als de verhouding tussen uniaxiale (in één richting) spanning en uniaxiale rek (vervorming in dezelfde richting). Young-modulus = spanning/rek, wat betekent dat materialen met een hoge Young-modulus stijver zijn dan materialen met een lage Young-modulus.
De stijfheid van koolstofvezel, Kevlar® en glasvezel varieert aanzienlijk. Koolstofvezel is ongeveer twee keer zo stijf als aramidevezel en vijf keer stijver dan glasvezel. Het nadeel van de uitstekende stijfheid van koolstofvezel is dat het de neiging heeft brozer te zijn. Als het faalt, vertoont het meestal niet veel spanning of vervorming.
Zowel Kevlar® als koolstofvezel zijn bestand tegen hoge temperaturen en hebben geen smeltpunt. Beide materialen zijn gebruikt in beschermende kleding en brandwerende stoffen. Glasvezel zal op termijn smelten, maar is ook zeer goed bestand tegen hoge temperaturen. Natuurlijk kunnen matte glasvezels die in gebouwen worden gebruikt ook de brandwerendheid verhogen.
Koolstofvezel en Kevlar® worden gebruikt om beschermende brandbestrijdings- of lasdekens of kleding te maken. Kevlar handschoenen worden in de vleesindustrie veel 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 afzonderlijk worden gebruikt. Bij blootstelling aan hitte wordt epoxyhars snel zacht.
Koolstofvezel geleidt elektriciteit, maar Kevlar® en glasvezel niet. Kevlar® wordt gebruikt voor het trekken van draden in zendmasten. Hoewel het geen elektriciteit geleidt, absorbeert het water en water geleidt wel elektriciteit. Daarom moet bij dergelijke toepassingen een waterdichte coating op Kevlar worden aangebracht.
Omdat koolstofvezel elektriciteit kan geleiden, wordt galvanische koppelingscorrosie een probleem wanneer deze in contact komt met andere metalen onderdelen.
Aramidevezels worden afgebroken in zonlicht en omgevingen met hoge UV-straling. Koolstof- of glasvezels zijn niet erg gevoelig voor UV-straling. Sommige veelgebruikte matrices, zoals epoxyharsen, blijven echter in zonlicht achter, waar het wit wordt en zijn sterkte verliest. Polyester- en vinylesterharsen zijn beter bestand tegen UV, maar zwakker dan epoxyharsen.
Als een onderdeel herhaaldelijk wordt gebogen en rechtgetrokken, zal het uiteindelijk bezwijken als gevolg van vermoeidheid. Koolstofvezel is enigszins gevoelig voor vermoeidheid en heeft de neiging catastrofaal te falen, terwijl Kevlar® beter bestand is tegen vermoeidheid. Glasvezel zit daar ergens tussenin.
Kevlar® is zeer slijtvast, waardoor het moeilijk te snijden is. Een van de meest voorkomende toepassingen van Kevlar® is als beschermende handschoenen voor gebieden waar handen door glas kunnen worden gesneden of waar scherpe messen worden gebruikt. Koolstof- en glasvezels zijn minder resistent.
Aramidevezels zijn gevoelig voor sterke zuren, logen en bepaalde oxidatiemiddelen (bijv. natriumhypochloriet), die vezelafbraak kunnen veroorzaken. Gangbare chloorbleekmiddelen (bijv. Clorox®) en waterstofperoxide kunnen niet worden gebruikt met Kevlar®. Zuurstofbleekmiddelen (bijv. natriumperboraat) kunnen worden gebruikt zonder de aramidevezels te beschadigen.
Koolstofvezels zijn zeer stabiel en ongevoelig voor chemische afbraak. De epoxymatrix zal echter degraderen.
Om koolstofvezels, Kevlar® en glas optimaal te laten presteren, moeten ze op hun plaats worden gehouden in de matrix (meestal epoxyhars). Het vermogen van de epoxyhars om zich aan de verschillende vezels te hechten is daarom van cruciaal belang.
Zowel koolstof- als glasvezels kunnen gemakkelijk aan epoxy hechten, maar de binding tussen aramidevezel en epoxy is niet zo sterk als gewenst, en door deze verminderde hechting kan water binnendringen. Als gevolg hiervan betekent het gemak waarmee aramidevezels water kunnen absorberen, in combinatie met de ongewenste hechting aan epoxy, dat als het oppervlak van het kevlar®-composiet beschadigd is en er water kan binnendringen, Kevlar® water langs de vezels kan absorberen en het composiet kan verzwakken.
Aramide is in zijn natuurlijke staat lichtgoud, kan gekleurd worden en is nu verkrijgbaar in vele mooie tinten. Glasvezel is ook verkrijgbaar in gekleurde varianten. Koolstofvezel is altijd zwart en kan gemengd worden met gekleurd aramide, maar kan zelf niet gekleurd worden.
Na het vergelijken van de bovenstaande elf items hebben we een voorlopig inzicht gekregen in de drie materialen.
De specifieke materiaalkeuze zal afhangen van de specifieke toepassing en economische overwegingen om tot een bevredigende oplossing te komen.
Als u vragen heeft, neem dan contact op met het JLON-team, dat professionele technische ondersteuning kan bieden om u te helpen de kosten te optimaliseren en tijd en moeite te besparen.
