Ποιο υλικό είναι καλύτερο, ανθρακονήματα, ίνες γυαλιού ή αραμίδιο;
Σημαντικές διαφορές στις τρεις ίνες μπορούν να φανούν όταν συγκρίνονται οι πυκνότητες των τριών υλικών. Εάν κάνετε 3 δείγματα του ίδιου ακριβώς μεγέθους και βάρους, γίνεται γρήγορα προφανές ότι οι ίνες Kevlar® είναι πολύ ελαφρύτερες, ακολουθούμενες από ανθρακονήματα και οι ίνες E-glass είναι οι βαρύτερες.
Επομένως, για το ίδιο βάρος σύνθετου υλικού, οι ίνες άνθρακα ή το Kevlar® μπορούν να επιτύχουν υψηλότερη αντοχή. Με άλλα λόγια, οποιαδήποτε δομή που απαιτεί μια δεδομένη αντοχή κατασκευασμένη με ανθρακονήματα ή σύνθετα υλικά Kevlar® θα είναι μικρότερη ή λεπτότερη από μια δομή κατασκευασμένη με υαλοβάμβακα.
Όταν έγιναν δείγματα και δοκιμάστηκαν, διαπιστώθηκε ότι το σύνθετο υλικό από υαλοβάμβακα ήταν σχεδόν δύο φορές πιο βαρύ από το Kevlar® ή τα ελάσματα από ανθρακονήματα. Αυτό σημαίνει ότι η χρήση Kevlar® ή ανθρακονημάτων μπορεί να εξοικονομήσει πολύ βάρος.
Το μέτρο του Young είναι ένα μέτρο της ακαμψίας ενός ελαστικού υλικού και είναι ένας τρόπος περιγραφής ενός υλικού. Ορίζεται ως ο λόγος της μονοαξονικής (σε μία κατεύθυνση) τάση προς τη μονοαξονική τάση (παραμόρφωση στην ίδια κατεύθυνση). Συντελεστής έντασης/παραμόρφωσης του Young =, που σημαίνει ότι ένα υλικό με υψηλό συντελεστή Young είναι πιο σκληρό από ένα υλικό με χαμηλότερο συντελεστή Young.
Οι ανθρακονήματα, το Kevlar® και το fiberglass διαφέρουν σε μεγάλο βαθμό ως προς την ακαμψία. Οι ίνες άνθρακα είναι περίπου δύο φορές πιο άκαμπτες από τις ίνες αραμιδίου και πέντε φορές πιο άκαμπτες από τις ίνες γυαλιού. Το μειονέκτημα της ανώτερης ακαμψίας των ανθρακονημάτων είναι ότι τείνει να είναι πιο εύθραυστο. Όταν αποτυγχάνει, τείνει να μην παρουσιάζει μεγάλη καταπόνηση ή παραμόρφωση.
3. Ευφλεκτότητα και θερμική αποδόμηση
Τόσο το Kevlar® όσο και οι ίνες άνθρακα είναι ανθεκτικά στις υψηλές θερμοκρασίες και κανένα δεν έχει σημείο τήξης. Και τα δύο υλικά έχουν χρησιμοποιηθεί σε προστατευτικά ρούχα και πυρίμαχα υφάσματα. Το υαλοβάμβακα θα λιώσει τελικά αλλά είναι επίσης πολύ ανθεκτικό στις υψηλές θερμοκρασίες. Φυσικά, η χρήση παγωμένου υαλοβάμβακα στα κτίρια βελτιώνει επίσης την αντοχή στη φωτιά.
Οι ίνες άνθρακα και το Kevlar® χρησιμοποιούνται για την κατασκευή προστατευτικών κουβερτών ή ρούχων πυρόσβεσης ή συγκόλλησης. Τα γάντια Kevlar χρησιμοποιούνται συνήθως στη βιομηχανία κρέατος για την προστασία των χεριών όταν χρησιμοποιείτε μαχαίρια. Δεδομένου ότι οι ίνες χρησιμοποιούνται σπάνια μόνες τους, η θερμική αντίσταση της μήτρας (συνήθως εποξειδική) είναι επίσης σημαντική. Οι εποξειδικές ρητίνες μαλακώνουν γρήγορα όταν εκτίθενται στη θερμότητα.
4. Αγωγιμότητα
Οι ανθρακονήματα άγουν τον ηλεκτρισμό, αλλά το Kevlar® και το fiberglass όχι. Το Kevlar® χρησιμοποιείται για καλώδια τύπου σε πύργους μετάδοσης. Αν και δεν άγει ηλεκτρισμό, απορροφά νερό και το νερό αγώγει ηλεκτρισμό. Επομένως, σε τέτοιες εφαρμογές, πρέπει να εφαρμόζεται αδιάβροχη επίστρωση πάνω από το Kevlar.
Επειδή οι ίνες άνθρακα άγουν τον ηλεκτρισμό, η γαλβανική διάβρωση γίνεται πρόβλημα όταν έρχεται σε επαφή με άλλα μεταλλικά μέρη.
5. Υποβάθμιση UV
Οι ίνες αραμιδίου θα υποβαθμιστούν στο ηλιακό φως και σε περιβάλλοντα με υψηλή υπεριώδη ακτινοβολία. Οι ίνες άνθρακα ή γυαλιού δεν είναι πολύ ευαίσθητες στην υπεριώδη ακτινοβολία. Ωστόσο, ορισμένα υποστρώματα που χρησιμοποιούνται συνήθως, όπως η εποξειδική ρητίνη, θα ασπρίσουν και θα χάσουν τη δύναμή τους εάν αφεθούν στο φως του ήλιου. Οι ρητίνες πολυεστέρα και βινυλεστέρα είναι πιο ανθεκτικές στις ακτίνες UV αλλά πιο αδύναμες από την εποξική ρητίνη.
6. Κατά της κούρασης
Εάν ένα μέρος λυγίσει και ισιώσει επανειλημμένα, τελικά θα αποτύχει λόγω κούρασης. Οι ίνες άνθρακα είναι κάπως ευαίσθητες στην κόπωση και τείνουν να αποτυγχάνουν καταστροφικά, ενώ το Kevlar® είναι πιο ανθεκτικό στην κόπωση. Το Fiberglass είναι κάπου στη μέση.
7. Αντίσταση στη φθορά
Το Kevlar® είναι πολύ ανθεκτικό στην τριβή, γεγονός που καθιστά δύσκολη την κοπή. Μία από τις κοινές χρήσεις του Kevlar® είναι ως προστατευτικά γάντια σε περιοχές όπου τα χέρια μπορούν να κοπούν από γυαλί ή όπου χρησιμοποιούνται αιχμηρές λεπίδες. Το ανθρακονήματα και το fiberglass είναι λιγότερο ανθεκτικά.
8. Χημική αντοχή
Οι ίνες αραμιδίου είναι ευαίσθητες σε ισχυρά οξέα, ισχυρές βάσεις και ορισμένους οξειδωτικούς παράγοντες όπως το υποχλωριώδες νάτριο, που μπορεί να προκαλέσουν αποικοδόμηση των ινών. Τα κοινά λευκαντικά χλωρίου (όπως το Clorox®) και το υπεροξείδιο του υδρογόνου δεν μπορούν να χρησιμοποιηθούν με το Kevlar®, τα λευκαντικά οξυγόνου (όπως το υπερβορικό νάτριο) μπορούν να χρησιμοποιηθούν χωρίς να καταστρέψουν τις ίνες αραμιδίου.
Οι ίνες άνθρακα είναι πολύ σταθερές και μη ευαίσθητες στη χημική αποικοδόμηση. Ωστόσο, η εποξειδική μήτρα θα υποβαθμιστεί.
9. Απόδοση σύνδεσης μήτρας
Για βέλτιστη απόδοση από ανθρακονήματα, Kevlar® και γυαλί, πρέπει να συγκρατούνται στη θέση τους σε μια μήτρα, συνήθως εποξειδική. Ως εκ τούτου, η ικανότητα των εποξειδικών ρητινών να συνδέονται μεταξύ τους με διάφορες ίνες είναι κρίσιμη.
Τόσο οι ίνες άνθρακα όσο και οι ίνες γυαλιού προσκολλώνται εύκολα στο εποξειδικό υλικό, αλλά ο δεσμός ινών αραμιδίου-εποξειδικού δεν είναι τόσο ισχυρός όσο επιθυμείτε και αυτή η μειωμένη πρόσφυση επιτρέπει τη διείσδυση του νερού. Ως αποτέλεσμα, οι ίνες αραμιδίου τείνουν να απορροφούν νερό, το οποίο, σε συνδυασμό με λιγότερο από ιδανική πρόσφυση στο εποξειδικό, σημαίνει ότι εάν η επιφάνεια του σύνθετου υλικού Kevlar® είναι κατεστραμμένη και μπορεί να εισχωρήσει νερό, τότε το Kevlar® μπορεί να απορροφήσει υγρασία κατά μήκος των ινών. και αποδυναμώνουν το σύνθετο υλικό.
