Який матеріал краще вуглецеве волокно, скловолокно або арамід?
Значні відмінності в трьох волокнах можна побачити, якщо порівняти щільність трьох матеріалів. Якщо ви зробите 3 зразки абсолютно однакового розміру та ваги, швидко стане очевидним, що волокно Kevlar® набагато легше, за ним йде вуглецеве волокно, а найважче волокно E-скло.
Таким чином, за такої ж ваги композитного матеріалу вуглецеве волокно або Kevlar® можуть досягти більшої міцності. Іншими словами, будь-яка конструкція, яка вимагає заданої міцності, виготовлена з вуглецевого волокна або композитів Kevlar®, буде меншою або тоншою, ніж конструкція зі скловолокна.
Під час виготовлення та випробувань зразків було виявлено, що скловолоконний композит майже вдвічі важчий за Kevlar® або ламінати з вуглецевого волокна. Це означає, що використання Kevlar® або вуглецевого волокна може значно заощадити вагу.
Модуль Юнга є мірою жорсткості пружного матеріалу та способом опису матеріалу. Він визначається як відношення одновісного (в одному напрямку) напруження до одновісної деформації (деформації в тому самому напрямку). Модуль Юнга=напруга/деформація, що означає, що матеріал із високим модулем Юнга твердіший за матеріал із нижчим модулем Юнга.
Вуглецеве волокно, Kevlar® і скловолокно сильно відрізняються за жорсткістю. Вуглецеве волокно приблизно вдвічі жорсткіше арамідного волокна і в п’ять разів жорсткіше скловолокна. Недоліком надзвичайної жорсткості вуглецевого волокна є те, що воно має тенденцію бути більш крихким. Коли він виходить з ладу, він, як правило, не виявляє сильного натягу або деформації.
3. Займистість і термічна деградація
І Kevlar®, і вуглецеве волокно стійкі до високих температур і не мають точки плавлення. Обидва матеріали використовуються в захисному одязі та вогнетривких тканинах. Скловолокно згодом розплавиться, але воно також дуже стійке до високих температур. Звичайно, використання матового скловолокна в будівлях також підвищує вогнестійкість.
Вуглецеве волокно та Kevlar® використовуються для виготовлення захисних протипожежних або зварювальних ковдр чи одягу. Кевларові рукавички зазвичай використовуються в м'ясній промисловості для захисту рук під час використання ножів. Оскільки волокна рідко використовуються окремо, термостійкість матриці (зазвичай епоксидної) також важлива. Епоксидні смоли швидко розм’якшуються під дією тепла.
4. Провідність
Вуглецеве волокно проводить електрику, а Kevlar® і скловолокно – ні. Kevlar® використовується для розтяжних проводів у опорах електропередач. Хоча він не проводить електрику, він поглинає воду, а вода проводить електрику. Тому в таких випадках поверх кевлару необхідно наносити водонепроникне покриття.
Оскільки вуглецеве волокно проводить електрику, гальванічна корозія стає проблемою, коли воно контактує з іншими металевими частинами.
5. УФ-деградація
Арамідні волокна руйнуються під впливом сонячного світла та ультрафіолету. Вуглецеві або скляні волокна не дуже чутливі до ультрафіолетового випромінювання. Однак деякі широко використовувані підкладки, такі як епоксидна смола, побіліють і втратять міцність, якщо їх залишити на сонячному світлі. Поліефірні та вінілефірні смоли більш стійкі до УФ-променів, але слабші, ніж епоксидні смоли.
6. Проти втоми
Якщо деталь постійно згинати та випрямляти, вона в кінцевому підсумку вийде з ладу через втому. Вуглецеве волокно дещо чутливе до втоми та має тенденцію до катастрофічного виходу з ладу, тоді як Kevlar® більш стійкий до втоми. Скловолокно знаходиться десь посередині.
7. Зносостійкість
Kevlar® дуже стійкий до стирання, що ускладнює різання. Одним із поширених застосувань Kevlar® є захисні рукавички в місцях, де руки можуть бути поранені склом або де використовуються гострі леза. Вуглеволокно і скловолокно менш стійкі.
8. Хімічна стійкість
Арамідні волокна чутливі до сильних кислот, сильних лугів і певних окислювачів, таких як гіпохлорит натрію, які можуть спричинити руйнування волокна. Звичайні хлорні відбілювачі (такі як Clorox®) і перекис водню не можна використовувати з Kevlar®, можна використовувати кисневі відбілювачі (такі як перборат натрію), не пошкоджуючи арамідні волокна.
Вуглецеві волокна дуже стабільні та нечутливі до хімічного розкладання. Однак епоксидна матриця деградує.
9. Продуктивність склеювання матриці
Щоб вуглецеве волокно, Kevlar® і скло працювали оптимально, їх потрібно утримувати на місці в матриці, зазвичай епоксидній. Тому здатність епоксидних смол з’єднуватися з різними волокнами має вирішальне значення.
Як вуглецеві, так і скляні волокна легко прилипають до епоксидної смоли, але зв’язок між арамідним волокном і епоксидною смолою не такий міцний, як хотілося б, і це знижене зчеплення дозволяє проникненню води. Як наслідок, арамідні волокна мають тенденцію поглинати воду, що в поєднанні з не ідеальною адгезією до епоксидної смоли означає, що якщо поверхня композиту Kevlar® пошкоджена і вода може потрапити всередину, то Kevlar® може поглинати вологу вздовж волокон, і послаблюють композитний матеріал.
