Wyświetlenia: 94 Autor: Edytor witryny Czas publikacji: 2024-08-15 Pochodzenie: Strona
Włókno szklane, włókno węglowe i włókno aramidowe są obecnie szeroko stosowanymi materiałami wzmacniającymi.
Włókno szklane
Tkanina z włókna węglowego
Tkanina aramidowa (Kevlar®).
Wytrzymałość na rozciąganie to maksymalne naprężenie, jakie materiał może wytrzymać przed rozciągnięciem. Niektóre niekruche materiały odkształcają się przed pęknięciem, ale włókna Kevlar® (aramidowe), włókna węglowe i Włókna szklane typu E są delikatne i pękają przy niewielkich odkształceniach. Wytrzymałość na rozciąganie mierzy się jako siłę na jednostkę powierzchni (Pa lub Paskale).
Naprężenie to siła, a odkształcenie to ugięcie spowodowane naprężeniem. Poniższa tabela przedstawia porównanie wytrzymałości na rozciąganie trzech powszechnie stosowanych włókien wzmacniających: włókna węglowego, włókna aramidowego, włókna szklanego i żywicy epoksydowej. Warto zauważyć, że liczby te służą wyłącznie celom porównawczym i mogą się różnić w zależności od procesu produkcyjnego, składu żywicy epoksydowej, składu aramidu, włókna prekursorowego włókna węglowego itp. i są wyrażone w MPa.
Porównując gęstości trzech materiałów, można zauważyć znaczne różnice pomiędzy trzema włóknami. Jeśli zostaną wykonane trzy próbki o dokładnie tej samej wielkości i wadze, szybko stanie się jasne, że włókna Kevlar® są znacznie lżejsze, na drugim miejscu znajdują się włókna węglowe, a najcięższe są włókna szklane typu E. Dlatego przy tej samej masie kompozytu wyższą wytrzymałość można uzyskać stosując włókno węglowe lub Kevlar®. Innymi słowy, każda konstrukcja wykonana z kompozytów włókna węglowego lub Kevlaru®, która wymaga określonej wytrzymałości, jest mniejsza lub cieńsza niż konstrukcja wykonana z włókna szklanego. Po wykonaniu i przetestowaniu próbek okaże się, że kompozyty z włókna szklanego ważą prawie dwa razy więcej niż laminaty z włókna Kevlar® lub włókna węglowego. Oznacza to, że dzięki zastosowaniu Kevlaru® lub włókna węglowego można zaoszczędzić sporo na wadze. Ta właściwość nazywa się stosunkiem wytrzymałości do masy.
Moduł Younga jest miarą sztywności materiału sprężystego i sposobem jego opisu. Definiuje się je jako stosunek naprężenia jednoosiowego (w jednym kierunku) do odkształcenia jednoosiowego (odkształcenia w tym samym kierunku). Moduł Younga = naprężenie/odkształcenie, co oznacza, że materiały o wysokim module Younga są sztywniejsze niż te o niskim module Younga.
Sztywność włókna węglowego, Kevlaru® i włókna szklanego znacznie się różni. Włókno węglowe jest około dwukrotnie sztywniejsze niż włókno aramidowe i pięć razy sztywniejsze niż włókno szklane. Wadą doskonałej sztywności włókna węglowego jest to, że jest ono bardziej kruche. Kiedy zawiedzie, zwykle nie wykazuje dużych naprężeń ani deformacji.
Zarówno Kevlar®, jak i włókno węglowe są odporne na wysokie temperatury i żadne z nich nie ma temperatury topnienia. Obydwa materiały znalazły zastosowanie w odzieży ochronnej i tkaninach ognioodpornych. Włókno szklane ostatecznie się stopi, ale jest również bardzo odporne na wysokie temperatury. Oczywiście matowe włókna szklane stosowane w budynkach mogą również zwiększać odporność ogniową.
Włókno węglowe i Kevlar® wykorzystywane są do produkcji ochronnych koców lub odzieży przeciwpożarowej lub spawalniczej. Rękawice kevlarowe są często używane w przemyśle mięsnym do ochrony rąk podczas używania noży. Ważna jest również odporność cieplna matrycy (zwykle epoksydowej), ponieważ włókna są rzadko używane samodzielnie. Pod wpływem ciepła żywica epoksydowa szybko mięknie.
Włókno węglowe przewodzi prąd, ale Kevlar® i włókno szklane nie. Kevlar® jest używany do ciągnięcia przewodów w wieżach transmisyjnych. Chociaż nie przewodzi prądu, pochłania wodę, a woda przewodzi prąd. Dlatego w takich zastosowaniach na Kevlar należy nałożyć wodoodporną powłokę.
Ponieważ włókno węglowe może przewodzić prąd, korozja sprzęgła galwanicznego staje się problemem w przypadku kontaktu z innymi częściami metalowymi.
Włókna aramidowe ulegną degradacji pod wpływem światła słonecznego i środowiska o wysokim poziomie UV. Włókna węglowe lub szklane nie są bardzo wrażliwe na promieniowanie UV. Jednakże niektóre powszechnie stosowane matryce, takie jak żywice epoksydowe, są zatrzymywane w świetle słonecznym, gdzie wybielą się i stracą swoją wytrzymałość. Żywice poliestrowe i winyloestrowe są bardziej odporne na promieniowanie UV, ale słabsze niż żywice epoksydowe.
Jeśli część jest wielokrotnie zginana i prostowana, ostatecznie ulegnie zniszczeniu z powodu zmęczenia. Włókno węglowe jest nieco wrażliwe na zmęczenie i ma tendencję do katastrofalnych uszkodzeń, podczas gdy Kevlar® jest bardziej odporny na zmęczenie. Włókno szklane jest gdzieś pomiędzy.
Kevlar® jest bardzo odporny na ścieranie, co utrudnia cięcie. jednym z powszechnych zastosowań Kevlaru® są rękawice ochronne w miejscach, w których istnieje ryzyko skaleczenia dłoni szkłem lub w których używane są ostre ostrza. Włókna węglowe i szklane są mniej odporne.
Włókna aramidowe są wrażliwe na mocne kwasy, zasady i niektóre środki utleniające (np. podchloryn sodu), które mogą powodować degradację włókna. Z Kevlarem® nie można stosować powszechnie stosowanych wybielaczy chlorowych (np. Clorox®) i nadtlenku wodoru. Można stosować wybielacze tlenowe (np. nadboran sodu), nie uszkadzając włókien aramidowych.
Włókna węglowe są bardzo stabilne i niewrażliwe na degradację chemiczną. Jednakże matryca epoksydowa ulegnie degradacji.
Aby włókna węglowe, Kevlar® i szkło działały optymalnie, muszą być utrzymywane na miejscu w matrycy (zwykle żywicy epoksydowej). Zdolność żywicy epoksydowej do wiązania się z różnymi włóknami jest zatem krytyczna.
Zarówno włókna węglowe, jak i szklane mogą łatwo przykleić się do żywicy epoksydowej, ale wiązanie włókno aramidowe-epoksyd nie jest tak mocne, jak jest to pożądane, a ta zmniejszona przyczepność umożliwia przenikanie wody. W rezultacie łatwość, z jaką włókna aramidowe mogą wchłaniać wodę, w połączeniu z niepożądaną adhezją do żywicy epoksydowej, oznacza, że jeśli powierzchnia kompozytu kevlar® zostanie uszkodzona i woda może przedostać się do wnętrza, wówczas Kevlar® może wchłonąć wodę wzdłuż włókien i osłabić kompozyt.
Aramid w stanie naturalnym jest jasnym złotem, można go barwić i teraz występuje w wielu ładnych odcieniach. Włókno szklane dostępne jest także w wersjach kolorowych. Włókno węglowe jest zawsze czarne i można je mieszać z kolorowym aramidem, ale samo w sobie nie może być barwione.
Po porównaniu powyższych 11 pozycji uzyskaliśmy wstępną wiedzę na temat trzech materiałów.
Aby znaleźć zadowalające rozwiązanie, konkretny wybór materiału będzie zależał od konkretnego zastosowania i względów ekonomicznych.
Jeśli masz jakiekolwiek pytania, skontaktuj się z zespołem JLON, który może zapewnić profesjonalne wsparcie techniczne, które pomoże Ci zoptymalizować koszty oraz zaoszczędzić czas i wysiłek.
