O výhodách aramidových vlákien v porovnaní s uhlíkovými vláknami

V súčasnosti sú v oblasti nových kompozitných materiálov široko používanými surovinami aramidové vlákna a uhlíkové vlákna. Hoci oba majú extrémne vysokú pevnosť v ťahu a modul, existuje veľa rozdielov vo výkone a použití. V čom sa teda rozdiely odrážajú?
Uhlíkové vlákno je vysoko pevné a vysokomodulové vlákno s obsahom uhlíka nad 90 %. Má vlastnosti, ako je odolnosť proti vysokej teplote, odolnosť proti treniu, vodivosť, tepelná vodivosť a odolnosť proti korózii. Jeho vzhľad je vláknitý, mäkký a dá sa spracovať na rôzne tkaniny. Z hľadiska použitia sa vyrába hlavne na vystužené kompozitné materiály pre konštrukčné materiály lietadiel, elektromagnetické tieniace a deelektrifikačné materiály, umelé väzivá a iné materiály nahrádzajúce telo, ako aj high-tech produktové materiály na výrobu plášťov rakiet, motorových lodí, priemyselných roboty, automobilové panely a pod.
Aramid je nový typ high-tech syntetického vlákna, ktoré má tiež vynikajúce vlastnosti, ako je ultra vysoká pevnosť, vysoký modul, odolnosť voči vysokej teplote, odolnosť voči kyselinám a zásadám a nízka hmotnosť. Pri 560 stupňoch sa nerozkladá ani neroztopí, má dobrú izoláciu a odolnosť proti starnutiu a má dlhý životný cyklus. Aramidové vlákno je veľmi dôležitý materiál pre národnú obranu a vojenský priemysel, ktorý je veľmi vhodný pre potreby moderného vedenia vojny. Je tiež široko používaný v rôznych aspektoch národného hospodárstva, ako je letecký, elektromechanický, stavebný, automobilový, športový tovar atď. V súčasnosti sa asi 7-8 % aramidových produktov používa na nepriestrelné vesty, prilby atď. ., zatiaľ čo letecké materiály a športové materiály tvoria asi 40 %; Materiály ako rám pneumatiky a dopravný pás tvoria asi 20 % a vysokopevnostné laná asi 13 %.
Hoci sú tieto dva v súčasnosti najpopulárnejšími výstužnými materiálmi, stále existujú určité rozdiely v ich výkone, ktoré sa prejavujú najmä v
1. Pokiaľ ide o mechanické vlastnosti, pevnosť v ťahu aramidu môže dosiahnuť 2815 MPa, modul pružnosti je 126 Gpa, predĺženie pri pretrhnutí je 2,5 % a hustota je 1,44 g/cm ^ 3, čo je o niečo menej ako pevnosť uhlíkové vlákno. Avšak pozoruhodnou vlastnosťou aramidu je jeho odolnosť proti nárazu, vyššia ťažnosť a nižšia hmotnosť.
2. Z hľadiska stability má aramid veľmi dobrú tepelnú stabilitu, ktorá sa môže pri vysokej teplote rozkladať bez deformácie. Môže sa používať dlhodobo pri 180 stupňoch a jeho pevnosť a modul sa po týždni pri 150 stupňoch nemení. Koeficient tepelnej rozťažnosti je -2x10 ^ -6. V porovnaní s aramidom má uhlíkové vlákno tiež vynikajúcu tepelnú stabilitu.
3. Z hľadiska termochemických vlastností má aramid dobrú odolnosť voči médiám a silnú odolnosť voči neutrálnym chemikáliám. Je však ľahko korodovaný silnými zásadami a kyselinami, čo je o niečo horšie ako termochemické vlastnosti uhlíkových vlákien.
V porovnaní s uhlíkovými vláknami má však aramidové vlákno aj ďalšie výhody:
1. Aramidové vlákna sú nevodivé a pri použití na vystuženie podobné betónovým konštrukciám nie je potrebné brať do úvahy obmedzenia, ako je potreba izolácie od oceľových tyčí.
2. Uhlíkové vlákno má nízku šmykovú odolnosť a je náchylné na lámanie. Polomer skosenia konštrukcie by nemal byť menší ako 20 mm a je potrebná iba polovica (10 mm) aramidu.
3. Elastická výhoda aramidu spočíva v jeho schopnosti odolávať dynamickému zaťaženiu a lokálnym nárazovým silám. Z hľadiska prevádzkyschopnosti pri výstavbe je nepochybne najvhodnejším materiálom aramid.
Poruchový režim po vystužení uhlíkovými vláknami je krehký bez zjavných znakov, preto je ako konštrukčný návrh potrebné prijať väčší bezpečnostný faktor. Modul pružnosti tkaniny z aramidových vlákien je však nízky a predĺženie je vysoké. Experimentmi bolo dokázané, že proces zlyhania poškodených dielcov z prostého betónu vystužených tkaninou z aramidových vlákien je pri opätovnom zaťažení stále plastický.
Stručne povedané, v porovnaní s uhlíkovými vláknami má aramid o niečo nižšiu pevnosť a chemické vlastnosti, ale jeho ďalšie vlastnosti rozšírili jeho oblasti použitia. Napríklad aramidové vlákna sú nevodivé, takže je zrejmé, že nie je vhodné používať tkaniny z uhlíkových vlákien v štruktúrach s väčším množstvom elektrických zariadení, ako sú metro a priemyselné podniky. Okrem toho, keď sa uhlíkové vlákno používa na spevnenie betónových konštrukcií, je potrebné zabezpečiť, aby bolo izolované od oceľových tyčí, aby sa zabránilo elektrochemickej korózii, a použitie aramidových vlákien nie je touto podmienkou obmedzené. Okrem toho sa uhlíkové vlákna môžu použiť na vystuženie domov s relatívne stabilným zaťažením. Pre tvárne vystuženie pri dynamickom zaťažení a lokálnych vplyvoch sú materiály z aramidových vlákien nepochybne najlepšou voľbou pre časté vibrácie v poliach ciest a mostov.