Zobrazenia: 94 Autor: Editor stránky Čas zverejnenia: 2024-08-15 Pôvod: stránky
Sklenené vlákna, uhlíkové vlákna a aramidové vlákna sú v súčasnosti široko používanými výstužnými materiálmi.
Sklolaminát
Tkanina z uhlíkových vlákien
Aramid (Kevlar®) Tkanina
Pevnosť v ťahu je maximálne napätie, ktoré materiál dokáže vydržať pred roztiahnutím. Niektoré nekrehké materiály sa pred rozbitím deformujú, ale Kevlar ® (aramidové) vlákna, uhlíkové vlákna a E-sklené vlákna sú krehké a lámu sa s malou deformáciou. Pevnosť v ťahu sa meria ako sila na jednotku plochy (Pa alebo Pascal).
Stres je sila a napätie je deformácia v dôsledku stresu. Nižšie uvedená tabuľka ukazuje porovnanie pevnosti v ťahu troch bežne používaných výstužných vlákien: uhlíkové vlákno, aramidové vlákno, sklenené vlákno a epoxidová živica. Stojí za zmienku, že tieto údaje slúžia len na porovnanie a môžu sa líšiť v závislosti od výrobného procesu, zloženia epoxidovej živice, zloženia aramidu, prekurzorového vlákna uhlíkového vlákna atď. a sú vyjadrené v MPa.
Pri porovnaní hustôt týchto troch materiálov možno medzi týmito tromi vláknami vidieť značné rozdiely. Ak sa vyrobia tri vzorky presne rovnakej veľkosti a hmotnosti, rýchlo sa ukáže, že vlákna Kevlar® sú oveľa ľahšie, pričom uhlíkové vlákna sú na druhom mieste a vlákna E-glass sú najťažšie. Preto pri rovnakej hmotnosti kompozitu možno dosiahnuť vyššiu pevnosť s uhlíkovými vláknami alebo Kevlarom®. Inými slovami, akákoľvek konštrukcia vyrobená z uhlíkových vlákien alebo kompozitov Kevlar®, ktorá vyžaduje danú pevnosť, je menšia alebo tenšia ako štruktúra vyrobená zo sklenených vlákien. Po vyrobení a testovaní vzoriek sa zistí, že kompozity zo sklenených vlákien vážia takmer dvakrát toľko ako lamináty Kevlar® alebo uhlíkové vlákna. To znamená, že použitím Kevlaru® alebo uhlíkových vlákien možno ušetriť veľa hmotnosti. Táto vlastnosť sa nazýva pomer pevnosti k hmotnosti.
Youngov modul je mierou tuhosti elastického materiálu a je to spôsob popisu materiálu. Je definovaná ako pomer jednoosového (v jednom smere) napätia k jednoosovému pretvoreniu (deformácia v rovnakom smere). Youngov modul = napätie/deformácia, čo znamená, že materiály s vysokým Youngovým modulom sú tuhšie ako materiály s nízkym Youngovým modulom.
Tuhosť uhlíkových vlákien, Kevlaru® a sklenených vlákien sa značne líši. Uhlíkové vlákno je asi dvakrát tuhšie ako aramidové vlákno a päťkrát tuhšie ako sklenené vlákno. Nevýhodou vynikajúcej tuhosti uhlíkových vlákien je, že majú tendenciu byť krehkejšie. Keď zlyhá, má tendenciu nevykazovať veľké napätie alebo deformáciu.
Kevlar® aj uhlíkové vlákna sú odolné voči vysokým teplotám a nemajú bod topenia. Oba materiály boli použité v ochranných odevoch a ohňovzdorných látkach. Sklenené vlákno sa nakoniec roztaví, ale je tiež vysoko odolné voči vysokým teplotám. Požiarnu odolnosť môžu samozrejme zvýšiť aj matné sklenené vlákna používané v budovách.
Uhlíkové vlákno a Kevlar® sa používajú na výrobu ochranných protipožiarnych alebo zváračských prikrývok alebo odevov. kevlarové rukavice sa často používajú v mäsovom priemysle na ochranu rúk pri používaní nožov. Tepelná odolnosť matrice (zvyčajne epoxidu) je tiež dôležitá, pretože vlákna sa zriedka používajú samostatne. Pri vystavení teplu epoxidová živica rýchlo mäkne.
Uhlíkové vlákno vedie elektrinu, ale Kevlar® a sklenené vlákno nie. Kevlar® sa používa na ťahanie drôtov v prenosových vežiach. Hoci nevedie elektrinu, absorbuje vodu a voda elektrinu vedie. Preto sa pri takýchto aplikáciách musí na kevlar aplikovať vodotesný náter.
Pretože uhlíkové vlákno môže viesť elektrinu, korózia galvanického spojenia sa stáva problémom, keď príde do kontaktu s inými kovovými časťami.
Aramidové vlákna sa degradujú na slnku a v prostredí s vysokým UV žiarením. Uhlíkové alebo sklenené vlákna nie sú veľmi citlivé na UV žiarenie. Niektoré bežne používané matrice, ako sú epoxidové živice, sa však zadržiavajú na slnečnom svetle, kde bielia a strácajú svoju pevnosť. Polyesterové a vinylesterové živice sú odolnejšie voči UV žiareniu, ale slabšie ako epoxidové živice.
Ak sa časť opakovane ohýba a narovnáva, nakoniec zlyhá v dôsledku únavy. Uhlíkové vlákno je trochu citlivé na únavu a má tendenciu katastrofálne zlyhať, zatiaľ čo Kevlar® je odolnejší voči únave. Sklenené vlákno je niekde medzi.
Kevlar® je vysoko odolný voči oderu, čo sťažuje rezanie. Jedným z bežných použití Kevlaru® sú ochranné rukavice na miestach, kde sa môžu porezať ruky o sklo alebo kde sa používajú ostré čepele. Uhlíkové a sklenené vlákna sú menej odolné.
Aramidové vlákna sú citlivé na silné kyseliny, zásady a niektoré oxidačné činidlá (napr. chlórnan sodný), ktoré môžu spôsobiť degradáciu vlákna. Bežné chlórové bielidlá (napr. Clorox®) a peroxid vodíka nemožno použiť s Kevlarom®. Kyslíkové bielidlá (napr. perboritan sodný) možno použiť bez poškodenia aramidových vlákien.
Uhlíkové vlákna sú veľmi stabilné a necitlivé na chemickú degradáciu. Epoxidová matrica však degraduje.
Aby uhlíkové vlákna, Kevlar® a sklo fungovali optimálne, musia byť v matrici (zvyčajne epoxidová živica) držané na svojom mieste. Schopnosť epoxidovej živice spájať sa s rôznymi vláknami je preto kritická.
Uhlíkové aj sklenené vlákna môžu ľahko priľnúť k epoxidu, ale spojenie aramidových vlákien a epoxidu nie je také silné, ako by sa požadovalo, a táto znížená priľnavosť umožňuje prienik vody. Výsledkom je, že ľahkosť, s akou môžu aramidové vlákna absorbovať vodu, spojená s nežiaducou priľnavosťou k epoxidu, znamená, že ak je povrch kompozitu kevlar® poškodený a môže doň vniknúť voda, potom môže Kevlar® absorbovať vodu pozdĺž vlákien a oslabiť kompozit.
Aramid je svetlozlatý v prírodnom stave, dá sa farbiť a teraz prichádza v mnohých pekných odtieňoch. Sklenené vlákno je dostupné aj vo farebných verziách. Uhlíkové vlákno je vždy čierne a dá sa zmiešať s farebným aramidom, ale samotné sa farbiť nedá.
Po porovnaní vyššie uvedených 11 položiek sme získali predbežné pochopenie týchto troch materiálov.
Konkrétny výber materiálu bude závisieť od konkrétneho použitia a ekonomických úvah, aby sa dospelo k uspokojivému riešeniu.
Ak máte nejaké otázky, kontaktujte tím JLON, ktorý vám môže poskytnúť profesionálnu technickú podporu, ktorá vám pomôže optimalizovať náklady a ušetriť čas a námahu.
