Vantagens e desvantagens de kevlar, fibra de carbono e fibra de vidro

Propriedades do material de fibra de reforço PK

1 força de tração

A resistência à tração é o estresse máximo que um material pode suportar antes de esticar. Alguns materiais não quebradiços se deformam antes de quebrar, mas Fibras Kevlar ® (Aramid), fibras de carbono e As fibras de vidro eletrônico são frágeis e quebram com pouca deformação. A resistência à tração é medida como força por unidade de área (PA ou Pascal).

O estresse é a força e a tensão é a deflexão devido ao estresse. A tabela abaixo mostra uma comparação da resistência à tração de três fibras de reforço comumente usadas: fibra de carbono, fibra de aramida, fibra de vidro e resina epóxi. Vale a pena notar que esses números são apenas para comparação e podem variar com o processo de fabricação, a composição da resina epóxi, a formulação da aramida, a fibra precursora da fibra de carbono, etc., e são expressas no MPA.

2.

Ao comparar as densidades dos três materiais, podem ser observadas diferenças significativas entre as três fibras. Se três amostras exatamente do mesmo tamanho e peso forem feitas, rapidamente se tornará aparente que as fibras Kevlar® são muito mais claras, com as fibras de carbono chegando a um segundo e fibras de vidro eletrônico, as fibras mais pesadas. Portanto, pelo mesmo peso de compósito, maior resistência pode ser obtida com fibra de carbono ou Kevlar®. Em outras palavras, qualquer estrutura feita de compósitos de fibra de carbono ou kevlar® que requer uma dada resistência é menor ou mais fina do que a feita de fibra de vidro. Depois que as amostras foram feitas e testadas, verifique -se de que os compósitos de fibra de vidro pesam quase o dobro do que Kevlar® ou laminados de fibra de carbono. Isso significa que muito peso pode ser salvo usando Kevlar® ou fibra de carbono. Esta propriedade é chamada de relação de força / peso.

3. Módulo de Young's Young's Módulo

O módulo de Young é uma medida da rigidez de um material elástico e é uma maneira de descrever um material. É definido como a razão entre a tensão uniaxial (em uma direção) para a tensão uniaxial (deformação na mesma direção). O módulo de Young = tensão/tensão, o que significa que os materiais com um módulo de alto jovem são mais rígidos do que aqueles com um módulo de baixo jovem.

A rigidez da fibra de carbono, Kevlar® e fibra de vidro varia consideravelmente. A fibra de carbono é duas vezes mais rígida que a fibra de aramida e cinco vezes mais rígida que a fibra de vidro. A desvantagem da excelente rigidez da fibra de carbono é que ela tende a ser mais quebradiça. Quando falha, tende a não mostrar muita tensão ou deformação.

4. Inflamabilidade e explicação térmica

Tanto o Kevlar® quanto a fibra de carbono são resistentes a altas temperaturas e nenhum deles tem um ponto de fusão. Ambos os materiais têm sido usados ​​em roupas de proteção e tecidos resistentes a fogo. A fibra de vidro acabará por derreter, mas também é altamente resistente a altas temperaturas. Obviamente, as fibras de vidro fosco usadas em edifícios também podem aumentar a resistência ao fogo.

A fibra de carbono e o Kevlar® são usados ​​para fazer cobertores de proteção contra incêndios ou soldagem ou roupas. As luvas de kevlar são frequentemente usadas na indústria de carne para proteger as mãos ao usar facas. A resistência ao calor da matriz (geralmente epóxi) também é importante, pois as fibras raramente são usadas por conta própria. Quando exposto ao calor, a resina epóxi suaviza rapidamente.

5. Condutividade elétrica, condutividade

A fibra de carbono conduz eletricidade, mas Kevlar® e fibra de vidro não. Kevlar® é usado para puxar fios nas torres de transmissão. Embora não conduz eletricidade, absorve água e água conduz eletricidade. Portanto, um revestimento à prova d'água deve ser aplicado ao Kevlar em tais aplicações.

Como a fibra de carbono pode realizar eletricidade, a corrosão do acoplamento galvânico se torna um problema quando entra em contato com outras peças de metal.

6. Degradação UV

As fibras de aramida se degradam na luz solar e nos ambientes UV alto. As fibras de carbono ou vidro não são muito sensíveis à radiação UV. No entanto, algumas matrizes comumente usadas, como as resinas epóxi, são retidas à luz solar, onde embranquecerão e perderão sua força. As resinas de poliéster e éster de vinil são mais resistentes à UV, mas mais fracas que as resinas epóxi.

7. Resistência à fadiga

Se uma peça for repetidamente dobrada e endireitada, ela acabará falhando devido à fadiga. A fibra de carbono é um tanto sensível à fadiga e tende a falhar catastroficamente, enquanto o Kevlar® é mais resistente à fadiga. A fibra de vidro está em algum lugar no meio.

8. Resistência à abrasão

O Kevlar® é altamente resistente à abrasão, o que dificulta o corte. Um dos usos comuns do Kevlar® é como luvas de proteção para áreas onde as mãos podem ser cortadas por vidro ou onde são usadas lâminas afiadas. As fibras de carbono e vidro são menos resistentes.

9. Resistência química 

As fibras de aramida são sensíveis a ácidos fortes, álcalis e certos agentes oxidantes (por exemplo, hipoclorito de sódio), o que pode causar degradação da fibra. Alvejantes comuns de cloro (por exemplo, Clorox®) e peróxido de hidrogênio não podem ser usados ​​com Kevlar®. As alvejantes de oxigênio (por exemplo, perborato de sódio) podem ser usadas sem danificar as fibras de aramida.

As fibras de carbono são muito estáveis ​​e insensíveis à degradação química. No entanto, a matriz epóxi se degradará.

10. Propriedades de ligação corporal 

Para que as fibras de carbono, o Kevlar® e o vidro com desempenho idealmente, elas devem ser mantidas no local na matriz (geralmente resina epóxi). A capacidade da resina epóxi de se unir às várias fibras é, portanto, crítica.

Tanto as fibras de carbono quanto o vidro podem facilmente grudar no epóxi, mas a ligação da fibra-epoxi da aramida não é tão forte quanto desejada, e essa adesão reduzida permite que a penetração da água ocorra. Como resultado, a facilidade com que as fibras aramides podem absorver a água, juntamente com a adesão indesejável ao epóxi, significa que, se a superfície do composto Kevlar® for danificada e a água pode entrar, o kevlar® pode absorver a água ao longo das fibras e enfraquecer o composto.

11. cor e tecer

A Aramid é ouro claro em seu estado natural, pode ser colorido e agora vem em muitos tons agradáveis. A fibra de vidro também está disponível em versões coloridas. A fibra de carbono é sempre preta e pode ser misturada com aramida colorida, mas não pode ser colorida.