Переваги та недоліки кевлара, вуглецевого волокна та скловолокна

Властивості матеріалу для арматури ПК

1 міцність на розрив

Сила на розрив - це максимальне напруження, яке матеріал може витримати перед розтягуванням. Деякі некостельні матеріали деформуються перед тим, як зламати, але Kevlar ® (Aramid) волокна, вуглецеві волокна і Волокна електронної скла крихкі і ламаються з невеликою деформацією. Міцність на розрив вимірюється як сила на одиницю площі (ПА або Паскалс).

Напруга - це сила, а напруга - це відхилення через стрес. У таблиці нижче показано порівняння міцності на розрив трьох часто використовуваних арматурних волокон: вуглецеве волокно, арамідне волокно, скляне волокно та епоксидна смола. Варто зазначити, що ці фігури призначені лише для порівняння, і вони можуть змінюватись залежно від виробничого процесу, складу епоксидної смоли, рецептури араміди, попередника волокна вуглецевого волокна тощо, і виражаються в MPA.

2. Коефіцієнт щільності та сили до ваги

Порівнюючи щільність трьох матеріалів, між трьома волокнами можна побачити значні відмінності. Якщо зроблені три зразки точно такого ж розміру і ваги, швидко стає очевидним, що волокна Kevlar® набагато легші, з вуглецевими волокнами наближаються до другого, а волокна E-скла найважчі. Тому для однакової ваги композиту можна отримати більш високу міцність з вуглецевим волокном або Kevlar®. Іншими словами, будь -яка структура, виготовлена ​​з вуглецевого волокна або композитів Kevlar®, яка вимагає заданої міцності, менша або тонша, ніж одна, виготовлена ​​зі скляного волокна. Після того, як зразки були зроблені та перевірені, буде виявлено, що композити скловолокна важать майже вдвічі більше, ніж ламінати Kevlar® або вуглецевого волокна. Це означає, що багато ваги можна заощадити за допомогою Kevlar® або вуглецевого волокна. Ця властивість називається співвідношенням сили до ваги.

3. Модуль Янг Янг модуль

Модуль Янга - це міра жорсткості еластичного матеріалу і є способом опису матеріалу. Він визначається як відношення одноосного (в одному напрямку) напруги до одноосного штаму (деформація в одному напрямку). Модуль Юнга = напруга/напруга, що означає, що матеріали з високим модулем Юнга більш жорсткі, ніж ті, що мають низький модуль Янга.

Жорсткість вуглецевого волокна, Kevlar® та скловолокна значно змінюється. Вуглецеве волокно приблизно вдвічі жорстке, ніж арамідне волокно і в п'ять разів більш жорсткі, ніж скловолокна. Мінус відмінної жорсткості вуглецевого волокна полягає в тому, що вона, як правило, більш крихка. Коли він не вдається, він, як правило, не демонструє великого напруження чи деформації.

4. Швидкість та теплове пояснення

І Kevlar®, і вуглецеве волокно стійкі до високих температур і не мають точки плавлення. Обидва матеріали використовувались у захисному одязі та вогнезахисних тканинах. Скляне волокно з часом тане, але також є високостійким до високих температур. Звичайно, матові скляні волокна, що використовуються в будівлях, також можуть підвищити вогневу стійкість.

Вуглецеве волокно і Kevlar® використовуються для виготовлення захисних пожежних ковдр або зварювальних ковдр або одягу. Кевларні рукавички часто використовуються в м'ясній промисловості для захисту рук при використанні ножів. Теплостійкість матриці (як правило, епоксидна) також важлива, оскільки волокна рідко використовуються самостійно. Піддаючись теплу, епоксидна смола швидко пом'якшується.

5. Електропровідність, провідність

Вуглецеве волокно проводить електроенергію, але Kevlar® та скловолокна не мають. Kevlar® використовується для витягування проводів у вежах передачі. Хоча вона не проводить електроенергію, вона поглинає воду, а вода здійснює електроенергію. Тому водонепроникне покриття повинно застосовуватися до Kevlar в таких програмах.

Оскільки вуглецеве волокно може проводити електроенергію, корозія гальванічної муфти стає проблемою, коли вона контактує з іншими металевими деталями.

6. УФ -деградація

Арамідні волокна погіршаться при сонячному світлі та високих ультрафіолетових середовищах. Вуглець або скляні волокна не дуже чутливі до УФ -випромінювання. Однак деякі часто використовувані матриці, такі як епоксидні смоли, зберігаються на сонячному світлі, де воно відбілює і втратить силу. Поліестерні та вінілові ефірні смоли більш стійкі до УФ, але слабкіші, ніж епоксидні смоли.

7. резистентність до втоми

Якщо частина неодноразово зігнута і випрямлена, вона врешті -решт провалиться через втому. Вуглецеве волокно дещо чутливе до втоми і, як правило, катастрофічно провалюється, тоді як Kevlar® є більш стійким до втоми. Скляне волокно десь посередині.

8. стійкість до стирання

Kevlar® високостійкий до стирання, що ускладнює вирізання. Одне з поширених застосувань Kevlar® - це як захисні рукавички для ділянок, де руки можуть бути вирізані склом або там, де використовуються гострі лопатки. Вуглець і скляні волокна менш стійкі.

9. Хімічна стійкість 

Арамідні волокна чутливі до сильних кислот, лугів та певних окислювальних агентів (наприклад, гіпохлорит натрію), які можуть спричинити деградацію волокон. Поширені відбілювання хлору (наприклад, Clorox®) та перекис водню не можуть використовуватися з Kevlar®. Відбілювачі кисню (наприклад, перборрат натрію) можуть використовуватися без пошкодження арамідних волокон.

Вуглецеві волокна дуже стабільні та нечутливі до хімічної деградації. Однак епоксидна матриця погіршиться.

10. Властивості склеювання тіла 

Для того, щоб вуглецеві волокна, Kevlar® та Glass оптимально виконувались, вони повинні утримуватися на місці в матриці (як правило, епоксидна смола). Таким чином, здатність епоксидної смоли зв’язуватися з різними волокнами є критичною.

Як вуглець, так і скляні волокна можуть легко дотримуватися епоксидного, але арамідна волокно-епоксидна зв'язок не така сильна, як бажано, і ця знижена адгезія дозволяє проникнення води. Як результат, легкість, з якою арамідні волокна можуть поглинати воду, у поєднанні з небажаною адгезією до епоксидної роботи, означає, що якщо поверхня композиту Kevlar® пошкоджена і вода може потрапляти, то Kevlar® може поглинати воду вздовж волокна і послабити композит.

11. Колір і плетіння

Aramid - це світло -золото в своєму природному стані, він може бути кольоровим і тепер поставляється в багатьох приємних відтінках. Скляне волокно також доступне в кольорових версіях. Вуглецеве волокно завжди чорне і його можна поєднувати з кольоровою арамідою, але його не можна забарвити сам.