ข้อดีและข้อเสียของเคฟลาร์คาร์บอนไฟเบอร์และใยแก้ว

คุณสมบัติของวัสดุเส้นใยเสริมแรง PK

1 แรงดึง

ความต้านทานแรงดึงคือความเครียดสูงสุดที่วัสดุสามารถทนต่อการยืดได้ วัสดุที่ไม่รุนแรงบางอย่างเปลี่ยนรูปก่อนที่จะแตก แต่ Kevlar ® (Aramid)เส้นใย เส้นใยคาร์บอน และ เส้นใยแก้วอิเล็กทรอนิกส์ นั้นเปราะบางและแตกหักด้วยการเสียรูปเพียงเล็กน้อย ความต้านทานแรงดึงถูกวัดเป็นแรงต่อหน่วยพื้นที่ (PA หรือ Pascals)

ความเครียดคือแรงและความเครียดคือการโก่งตัวเนื่องจากความเครียด ตารางด้านล่างแสดงการเปรียบเทียบความต้านทานแรงดึงของเส้นใยเสริมที่ใช้กันทั่วไปสามเส้น: คาร์บอนไฟเบอร์เส้นใยอะรามิดเส้นใยแก้วและอีพอกซีเรซิน เป็นที่น่าสังเกตว่าตัวเลขเหล่านี้มีไว้สำหรับการเปรียบเทียบเท่านั้นและพวกเขาสามารถแตกต่างกันไปตามกระบวนการผลิตองค์ประกอบของอีพอกซีเรซินสูตรของอะรามิดเส้นใยสารตั้งต้นของเส้นใยคาร์บอน ฯลฯ และแสดงใน MPA

2. อัตราส่วนความหนาแน่นและความแข็งแรงต่อน้ำหนัก

เมื่อเปรียบเทียบความหนาแน่นของวัสดุทั้งสามความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญสามารถมองเห็นได้ระหว่างเส้นใยทั้งสาม หากมีตัวอย่างและน้ำหนักสามตัวอย่างที่เท่ากันมันจะเห็นได้ชัดว่าเส้นใยKevlar®มีน้ำหนักเบากว่ามากโดยมีเส้นใยคาร์บอนเข้ามาใกล้ ๆ และเส้นใยแก้วอิเล็กทรอนิกส์ที่หนักที่สุด ดังนั้นสำหรับคอมโพสิตน้ำหนักเท่ากันความแข็งแรงที่สูงขึ้นสามารถรับได้ด้วยคาร์บอนไฟเบอร์หรือKevlar® กล่าวอีกนัยหนึ่งโครงสร้างใด ๆ ที่ทำจากคาร์บอนไฟเบอร์หรือคอมโพสิตKevlar®ที่ต้องการความแข็งแรงที่กำหนดนั้นเล็กกว่าหรือบางกว่าหนึ่งที่ทำจากเส้นใยแก้ว หลังจากตัวอย่างได้รับการทดสอบและทดสอบแล้วจะพบว่าคอมโพสิตใยแก้วมีน้ำหนักเกือบสองเท่าของkevlar®หรือลามิเนตคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งหมายความว่าสามารถประหยัดน้ำหนักได้มากโดยใช้Kevlar®หรือคาร์บอนไฟเบอร์ คุณสมบัตินี้เรียกว่าอัตราส่วนความแข็งแรงต่อน้ำหนัก

3. โมดูลัสของ Young Modulus Young

โมดูลัสของ Young เป็นตัวชี้วัดความแข็งของวัสดุที่ยืดหยุ่นและเป็นวิธีการอธิบายวัสดุ มันถูกกำหนดให้เป็นอัตราส่วนของความเครียดแกนเดี่ยว (ในทิศทางเดียว) ต่อความเครียดแกนเดี่ยว (การเสียรูปในทิศทางเดียวกัน) โมดูลัสของ Young = ความเครียด/ความเครียดซึ่งหมายความว่าวัสดุที่มีโมดูลัสของ Young สูงนั้นแข็งกว่าวัสดุที่มีโมดูลัสของ Young ต่ำ

ความแข็งของคาร์บอนไฟเบอร์Kevlar®และเส้นใยแก้วแตกต่างกันมาก คาร์บอนไฟเบอร์มีความแข็งประมาณสองเท่าของเส้นใยอะรามิดและห้าเท่าแข็งกว่าเส้นใยแก้ว ข้อเสียของความแข็งที่ยอดเยี่ยมของคาร์บอนไฟเบอร์คือมันมีแนวโน้มที่จะเปราะมากกว่า เมื่อมันล้มเหลวมันมีแนวโน้มที่จะไม่แสดงความเครียดหรือการเสียรูปมาก

4. คำอธิบายความร้อนและความร้อน

ทั้งKevlar®และคาร์บอนไฟเบอร์มีความทนทานต่ออุณหภูมิสูงและไม่มีจุดหลอมเหลว วัสดุทั้งสองถูกนำมาใช้ในการป้องกันเสื้อผ้าและผ้าที่ทนไฟ ในที่สุดเส้นใยแก้วก็จะละลาย แต่ก็ทนต่ออุณหภูมิสูง แน่นอนว่าเส้นใยแก้วน้ำค้างแข็งที่ใช้ในอาคารสามารถเพิ่มความต้านทานไฟได้

คาร์บอนไฟเบอร์และKevlar®ใช้ในการป้องกันการดับเพลิงหรือผ้าห่มหรือเสื้อผ้าเชื่อม ถุงมือเคฟลาร์มักใช้ในอุตสาหกรรมเนื้อสัตว์เพื่อปกป้องมือเมื่อใช้มีด ความต้านทานความร้อนของเมทริกซ์ (โดยปกติอีพ็อกซี่) ก็มีความสำคัญเช่นกันเนื่องจากเส้นใยไม่ค่อยได้ใช้ด้วยตัวเอง เมื่อสัมผัสกับความร้อนอีพอกซีเรซินจะอ่อนตัวลงอย่างรวดเร็ว

5. การนำไฟฟ้าการนำไฟฟ้า

คาร์บอนไฟเบอร์ดำเนินการไฟฟ้า แต่Kevlar®และใยแก้วไม่ทำเช่นนั้นKevlar®ใช้สำหรับการดึงสายไฟในหอส่งสัญญาณ แม้ว่ามันจะไม่ได้ดำเนินการไฟฟ้า แต่ดูดซับน้ำและน้ำก็ดำเนินการไฟฟ้า ดังนั้นการเคลือบกันน้ำจะต้องใช้กับเคฟลาร์ในแอปพลิเคชันดังกล่าว

เนื่องจากคาร์บอนไฟเบอร์สามารถดำเนินการไฟฟ้าได้

6. การย่อยสลาย UV

เส้นใยอะรามิดจะลดลงในแสงแดดและสภาพแวดล้อม UV สูง เส้นใยคาร์บอนหรือแก้วไม่ไวต่อรังสี UV มากนัก อย่างไรก็ตามเมทริกซ์ที่ใช้กันทั่วไปเช่นเรซินอีพ็อกซี่จะถูกเก็บไว้ในแสงแดดซึ่งจะทำให้สีขาวและสูญเสียความแข็งแรง เรซินโพลีเอสเตอร์และไวนิลเอสเตอร์มีความต้านทานต่อรังสียูวีมากกว่า แต่อ่อนแอกว่าเรซินอีพอกซี

7. ความต้านทานความเหนื่อยล้า

หากชิ้นส่วนงอซ้ำ ๆ และยืดออกซ้ำ ๆ มันจะล้มเหลวในที่สุดเนื่องจากความเหนื่อยล้า คาร์บอนไฟเบอร์ค่อนข้างไวต่อความเหนื่อยล้าและมีแนวโน้มที่จะล้มเหลวอย่างหายนะในขณะที่Kevlar®ทนต่อความเหนื่อยล้ามากขึ้น เส้นใยแก้วอยู่ที่ไหนสักแห่งในระหว่าง

8. ความต้านทานต่อการเสียดสี

Kevlar®มีความต้านทานต่อการเสียดสีซึ่งทำให้ยากต่อการตัด หนึ่งในการใช้งานทั่วไปของKevlar®คือถุงมือป้องกันสำหรับพื้นที่ที่มืออาจถูกตัดด้วยแก้วหรือที่ใช้ใบมีดคม เส้นใยคาร์บอนและแก้วมีความทนทานน้อยกว่า

9. ความต้านทานทางเคมี 

เส้นใยอะรามิดมีความไวต่อกรดที่แข็งแรงอัลคาลิสและสารออกซิไดซ์บางชนิด (เช่นโซเดียมไฮโปคลอไรต์) ซึ่งอาจทำให้เกิดการย่อยสลายของเส้นใย คลอรีนฟอกขาวทั่วไป (เช่นClorox®) และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ไม่สามารถใช้กับKevlar®ได้ ออกซิเจนสารฟอกขาว (เช่นโซเดียม perborate) สามารถใช้งานได้โดยไม่ทำลายเส้นใยอะรามิด

เส้นใยคาร์บอนมีความเสถียรและไม่รู้สึกถึงการย่อยสลายทางเคมี อย่างไรก็ตามเมทริกซ์อีพ็อกซี่จะลดลง

10. คุณสมบัติพันธะร่างกาย 

เพื่อให้เส้นใยคาร์บอน, Kevlar®และแก้วเพื่อดำเนินการอย่างดีที่สุดพวกเขาจะต้องจัดขึ้นในตำแหน่งในเมทริกซ์ (โดยปกติอีพอกซีเรซิน) ความสามารถของอีพอกซีเรซินที่จะผูกพันกับเส้นใยต่าง ๆ จึงเป็นสิ่งสำคัญ

ทั้งเส้นใยคาร์บอนและแก้วสามารถยึดติดกับอีพ็อกซี่ได้อย่างง่ายดาย แต่พันธะของเส้นใยอะรามิดไม่แข็งแรงเท่าที่ต้องการและการยึดเกาะที่ลดลงนี้ช่วยให้การเจาะน้ำเกิดขึ้น เป็นผลให้ความสะดวกที่เส้นใยอะรามิดสามารถดูดซับน้ำควบคู่ไปกับการยึดเกาะที่ไม่พึงประสงค์กับอีพ็อกซี่หมายความว่าถ้าพื้นผิวของคอมโพสิตKevlar®ได้รับความเสียหายและน้ำอาจเข้ามาแล้วKevlar®อาจดูดซับน้ำไปตามเส้นใยและอ่อนตัวลง

11. สีและสาน

อารามิดเป็นทองคำอ่อนในสภาพธรรมชาติมันสามารถเป็นสีและตอนนี้มาในเฉดสีที่ดีมากมาย เส้นใยแก้วมีให้เลือกในรุ่นสี คาร์บอนไฟเบอร์เป็นสีดำเสมอและสามารถผสมกับอะรามิดสีได้ แต่ไม่สามารถระบายสีได้