Ogledi: 94 Avtor: Urednik mesta Čas objave: 2024-08-15 Izvor: Spletno mesto
Steklena vlakna, ogljikova vlakna in aramidna vlakna so trenutno široko uporabljeni materiali za ojačitev.
Steklena vlakna
Tkanina iz ogljikovih vlaken
Aramid (Kevlar®) Tkanina
Natezna trdnost je največja obremenitev, ki jo material lahko prenese pred raztezanjem. Nekateri nekrhki materiali se deformirajo, preden se zlomijo, vendar Kevlar ® (aramidna) vlakna, ogljikovih vlaken in E-steklena vlakna so krhka in se zlomijo z majhno deformacijo. Natezna trdnost se meri kot sila na enoto površine (Pa ali Pascals).
Stres je sila, deformacija pa je deformacija zaradi napetosti. Spodnja tabela prikazuje primerjavo natezne trdnosti treh pogosto uporabljenih ojačitvenih vlaken: ogljikovih vlaken, aramidnih vlaken, steklenih vlaken in epoksi smole. Omeniti velja, da so te številke samo za primerjavo in se lahko razlikujejo glede na proizvodni proces, sestavo epoksidne smole, formulacijo aramida, predhodnika ogljikovih vlaken itd., izražene pa so v MPa.
Če primerjamo gostote treh materialov, lahko opazimo pomembne razlike med tremi vlakni. Če izdelamo tri vzorce popolnoma enake velikosti in teže, hitro postane očitno, da so vlakna Kevlar® veliko lažja, pri čemer so ogljikova vlakna na drugem mestu, vlakna E-stekla pa so najtežja. Zato je za enako težo kompozita mogoče doseči večjo trdnost z ogljikovimi vlakni ali Kevlar®. Z drugimi besedami, katera koli struktura iz ogljikovih vlaken ali kompozitov Kevlar®, ki zahteva določeno trdnost, je manjša ali tanjša od strukture iz steklenih vlaken. Po izdelavi in testiranju vzorcev bo ugotovljeno, da kompoziti iz steklenih vlaken tehtajo skoraj dvakrat toliko kot Kevlar® ali laminati iz ogljikovih vlaken. To pomeni, da lahko z uporabo Kevlar® ali ogljikovih vlaken prihranite veliko teže. Ta lastnost se imenuje razmerje med trdnostjo in težo.
Youngov modul je merilo za togost elastičnega materiala in je način opisovanja materiala. Definirana je kot razmerje med enoosno (v eno smer) napetostjo in enoosno deformacijo (deformacija v isti smeri). Youngov modul = napetost/deformacija, kar pomeni, da so materiali z visokim Youngovim modulom trši od tistih z nizkim Youngovim modulom.
Trdnost ogljikovih vlaken, Kevlar® in steklenih vlaken se precej razlikuje. Ogljikova vlakna so približno dvakrat bolj toga od aramidnih vlaken in petkrat bolj toga od steklenih vlaken. Slaba stran odlične togosti ogljikovih vlaken je, da so bolj krhka. Ko odpove, običajno ne kaže veliko obremenitev ali deformacij.
Tako Kevlar® kot karbonska vlakna so odporna na visoke temperature in nobeno nima tališča. Oba materiala sta bila uporabljena v zaščitnih oblačilih in ognjevarnih tkaninah. Steklena vlakna se bodo sčasoma stopila, vendar so tudi zelo odporna na visoke temperature. Seveda lahko matirana steklena vlakna, ki se uporabljajo v zgradbah, povečajo tudi požarno odpornost.
Ogljikova vlakna in Kevlar® se uporabljajo za izdelavo zaščitnih gasilskih ali varilnih odej ali oblačil. kevlar rokavice se pogosto uporabljajo v mesni industriji za zaščito rok pri uporabi nožev. Pomembna je tudi toplotna odpornost matrice (običajno epoksi), saj se vlakna redko uporabljajo sama. Ko je izpostavljena vročini, se epoksi smola hitro zmehča.
Ogljikova vlakna prevajajo elektriko, Kevlar® in steklena vlakna pa ne. Kevlar® se uporablja za vlečenje žic v oddajnih stolpih. Čeprav ne prevaja električnega toka, absorbira vodo in voda prevaja električni tok. Zato je treba pri takšnih aplikacijah na kevlar nanesti vodoodporen premaz.
Ker ogljikova vlakna lahko prevajajo elektriko, postane korozija galvanske sklopke problem, ko pride v stik z drugimi kovinskimi deli.
Aramidna vlakna se razgradijo na sončni svetlobi in v okoljih z visokim UV. Ogljikova ali steklena vlakna niso zelo občutljiva na UV sevanje. Vendar se nekatere pogosto uporabljene matrice, kot so epoksidne smole, zadržijo na sončni svetlobi, kjer pobelijo in izgubijo svojo moč. Poliestrske in vinil estrske smole so bolj odporne na UV, a šibkejše od epoksi smol.
Če je del večkrat upogiban in poravnan, bo sčasoma odpovedal zaradi utrujenosti. Ogljikova vlakna so nekoliko občutljiva na utrujenost in se nagibajo k katastrofalnim okvaram, medtem ko je Kevlar® bolj odporen na utrujenost. Steklena vlakna so nekje vmes.
Kevlar® je zelo odporen proti obrabi, kar otežuje rezanje. Ena od običajnih uporab Kevlar® je kot zaščitne rokavice za področja, kjer se lahko urežejo roke s steklom ali kjer se uporabljajo ostra rezila. Karbonska in steklena vlakna so manj odporna.
Aramidna vlakna so občutljiva na močne kisline, alkalije in nekatere oksidante (npr. natrijev hipoklorit), ki lahko povzročijo razgradnjo vlaken. Običajnih klorovih belil (npr. Clorox®) in vodikovega peroksida ni mogoče uporabiti s Kevlar®. Kisikova belila (npr. natrijev perborat) lahko uporabite brez poškodb aramidnih vlaken.
Ogljikova vlakna so zelo stabilna in neobčutljiva na kemično razgradnjo. Vendar se bo epoksidna matrica razgradila.
Da bi ogljikova vlakna, Kevlar® in steklo delovali optimalno, jih je treba držati na mestu v matrici (običajno epoksi smoli). Sposobnost epoksidne smole, da se veže na različna vlakna, je zato kritična.
Tako ogljikova kot steklena vlakna se lahko zlahka oprimejo epoksida, vendar vez med aramidnimi vlakni in epoksi ni tako močna, kot bi želeli, in ta zmanjšana oprijemljivost omogoča prodiranje vode. Zaradi tega enostavnost, s katero lahko aramidna vlakna absorbirajo vodo, skupaj z nezaželenim oprijemom na epoksi, pomeni, da če je površina kompozita kevlar® poškodovana in lahko vstopi voda, lahko Kevlar® absorbira vodo vzdolž vlaken in oslabi kompozit.
Aramid je svetlo zlat v svojem naravnem stanju, lahko ga barvamo in je zdaj na voljo v številnih lepih odtenkih. Steklena vlakna so na voljo tudi v barvnih različicah. Ogljikova vlakna so vedno črna in jih je mogoče zmešati z barvnim aramidom, vendar se sama ne morejo obarvati.
Po primerjavi zgornjih 11 elementov smo pridobili predhodno razumevanje treh materialov.
Posebna izbira materiala bo odvisna od posebne uporabe in ekonomskih vidikov, da bi dosegli zadovoljivo rešitev.
Če imate kakršna koli vprašanja, se obrnite na ekipo JLON, ki vam lahko zagotovi strokovno tehnično podporo, ki vam pomaga optimizirati stroške ter prihraniti čas in trud.
