Fordeler og ulemper ved Kevlar, karbonfiber og glassfiber

Forsterkningsfibermaterialeegenskaper PK

1 strekkfasthet

Strekkfasthet er den maksimale belastningen et materiale tåler før strekking. Noen ikke-sprø materialer deformeres før de går i stykker, men Kevlar ® (Aramid) fibre, karbonfibre og E-glassfibre er skjøre og bryter med lite deformasjon. Strekkfasthet måles som kraft per arealenhet (PA eller Pascals).

Stress er kraften og belastningen er avbøyningen på grunn av stress. Tabellen nedenfor viser en sammenligning av strekkfastheten til tre ofte brukte armeringsfibre: karbonfiber, aramidfiber, glassfiber og epoksyharpiks. Det er verdt å merke seg at disse tallene bare er for sammenligning, og de kan variere med produksjonsprosessen, sammensetningen av epoksyharpiksen, formuleringen av aramiden, forløperfiberen til karbonfiberen, etc., og kommer til uttrykk i MPA.

2. Tetthet og styrke-til-vekt-forhold

Ved sammenligning av tetthetene til de tre materialene, kan det sees signifikante forskjeller mellom de tre fibrene. Hvis tre prøver av nøyaktig samme størrelse og vekt blir gjort, blir det raskt tydelig at Kevlar®-fibre er mye lettere, med karbonfibre som kommer et nært sekund og E-glassfibre er tyngst. Derfor, for samme vekt av kompositt, kan høyere styrke oppnås med karbonfiber eller Kevlar®. Med andre ord, enhver struktur laget av karbonfiber eller Kevlar® -kompositter som krever en gitt styrke er mindre eller tynnere enn en laget av glassfiber. Etter at prøver er laget og testet, vil det bli funnet at glassfiberkompositter veier nesten dobbelt så mye som Kevlar® eller karbonfiber -laminater. Dette betyr at mye vekt kan lagres ved å bruke Kevlar® eller karbonfiber. Denne egenskapen kalles styrke-til-vekt-forhold.

3. Youngs Modulus Youngs modul

Youngs modul er et mål på stivheten til et elastisk materiale og er en måte å beskrive et materiale på. Det er definert som forholdet mellom uniaxial (i en retning) stress og uniaxial belastning (deformasjon i samme retning). Youngs modul = stress/belastning, noe som betyr at materialer med en høy Youngs modul er stivere enn de med en lav Youngs modul.

Stivheten til karbonfiber, Kevlar® og glassfiber varierer betydelig. Karbonfiber er omtrent dobbelt så stiv som aramidfiber og fem ganger stivere enn glassfiber. Ulempen med karbonfiberens utmerkede stivhet er at den har en tendens til å være mer sprø. Når den mislykkes, har det en tendens til ikke å vise mye belastning eller deformasjon.

4. Brennbarhet og termisk forklaring

Både Kevlar® og karbonfiber er motstandsdyktige mot høye temperaturer og har heller ikke et smeltepunkt. Begge materialene har blitt brukt i beskyttende klær og brannsikre stoffer. Glassfiber vil etter hvert smelte, men er også svært motstandsdyktig mot høye temperaturer. Selvfølgelig kan frostede glassfibre brukt i bygninger også øke brannmotstanden.

Karbonfiber og Kevlar® brukes til å lage beskyttende brannslukking eller sveisetepper eller klær. Kevlar hansker brukes ofte i kjøttindustrien for å beskytte hendene når du bruker kniver. Matrisenes varmebestandighet (vanligvis epoksy) er også viktig ettersom fibrene sjelden brukes på egen hånd. Når den blir utsatt for varme, myker epoksyharpiksen raskt.

5. Elektrisk ledningsevne, konduktivitet

Karbonfiber leder strøm, men Kevlar® og glassfiber ikke. KeVlar® brukes til å trekke ledninger i overføringstårn. Selv om den ikke utfører strøm, absorberer den vann og vann utfører strøm. Derfor må et vanntett belegg påføres Kevlar i slike applikasjoner.

Fordi karbonfiber kan utføre strøm, blir galvanisk koblingskorrosjon et problem når det kommer i kontakt med andre metalldeler.

6. UV -nedbrytning

Aramidfibre vil forringes i sollys og høye UV -miljøer. Karbon- eller glassfibre er ikke veldig følsomme for UV -stråling. Noen ofte brukte matriser som epoksyharpikser beholdes imidlertid i sollys der det vil hvite og miste sin styrke. Polyester- og vinylesterharpikser er mer motstandsdyktige mot UV, men svakere enn epoksyharpikser.

7. Utmatningsmotstand

Hvis en del gjentatte ganger blir bøyd og rettet, vil den til slutt mislykkes på grunn av tretthet. Karbonfiber er noe følsom for tretthet og har en tendens til å mislykkes katastrofalt, mens Kevlar® er mer motstandsdyktig mot tretthet. Glassfiber er et sted i mellom.

8. Slitemotstand

Kevlar® er svært motstandsdyktig mot slitasje, noe som gjør det vanskelig å kutte. En av de vanlige bruksområdene til Kevlar® er som beskyttelseshansker for områder der hendene kan kuttes av glass eller der skarpe kniver brukes. Karbon- og glassfibre er mindre motstandsdyktige.

9. Kjemisk motstand 

Aramidfibre er følsomme for sterke syrer, alkalier og visse oksidasjonsmidler (f.eks. Natriumhypokloritt), noe som kan forårsake nedbrytning av fiber. Vanlige klorbleker (f.eks. Clorox®) og hydrogenperoksyd kan ikke brukes sammen med Kevlar®. Oksygenbleker (f.eks. Natriumperborat) kan brukes uten å skade aramidfibre.

Karbonfibre er veldig stabile og ufølsomme for kjemisk nedbrytning. Epoksymatrisen vil imidlertid forringes.

10. Kroppsbindingsegenskaper 

For at karbonfibre, Kevlar® og glass skal utføre optimalt, må de holdes på plass i matrisen (vanligvis epoksyharpiks). Epoksyharpiksens evne til å binde seg til de forskjellige fibrene er derfor kritisk.

Både karbon- og glassfibre kan lett holde seg til epoksy, men aramidfiber-epoksybindingen er ikke så sterk som ønsket, og denne reduserte vedheftet gjør at vanninntrenging oppstår. Som et resultat, hvor lettheten som aramidfibre kan absorbere vann, kombinert med den uønskede vedheftet til epoksy, betyr at hvis overflaten til Kevlar® -komposittet er skadet og vann kan komme inn, kan Kevlar® absorbere vann langs fibrene og svekke komposittet.

11. Farge og vev

Aramid er lett gull i sin naturlige tilstand, det kan farges og kommer nå i mange fine nyanser. Glassfiber er også tilgjengelig i fargede versjoner. Karbonfiber er alltid svart og kan blandes med farget aramid, men den kan ikke farges seg selv.