O zaletach włókien aramidowych w porównaniu z włóknami węglowymi

Obecnie w dziedzinie nowych materiałów kompozytowych szeroko stosowanymi surowcami są włókna aramidowe i węglowe. Chociaż oba mają wyjątkowo wysoką wytrzymałość na rozciąganie i moduł, istnieje wiele różnic w wydajności i użytkowaniu. W czym zatem odzwierciedlają się różnice?
Włókno węglowe to włókno o wysokiej wytrzymałości i wysokim module, którego zawartość węgla przekracza 90%. Ma takie cechy, jak odporność na wysoką temperaturę, odporność na tarcie, przewodność, przewodność cieplna i odporność na korozję. Jego wygląd jest włóknisty, miękki i można go przetwarzać na różne tkaniny. Pod względem zastosowania wytwarza się go głównie ze wzmocnionych materiałów kompozytowych do materiałów konstrukcyjnych samolotów, materiałów do ekranowania elektromagnetycznego i materiałów odelektryzujących, sztucznych więzadeł i innych materiałów zastępczych ciała, a także zaawansowanych technologicznie materiałów produktowych do produkcji osłon rakiet, statków motorowych, przemysłowych roboty, panele samochodowe i tak dalej.
Aramid to nowy rodzaj zaawansowanego technologicznie włókna syntetycznego, które ma również doskonałe właściwości, takie jak bardzo wysoka wytrzymałość, wysoki moduł, odporność na wysoką temperaturę, odporność na kwasy i zasady oraz lekkość. W temperaturze 560 stopni nie rozkłada się ani nie topi, ma dobrą izolację i odporność na starzenie oraz ma długi cykl życia. Włókno aramidowe jest bardzo ważnym materiałem dla obronności państwa i przemysłu wojskowego, doskonale nadającym się na potrzeby współczesnych działań wojennych. Jest również szeroko stosowany w różnych aspektach gospodarki narodowej, takich jak przemysł lotniczy, elektromechaniczny, budowlany, samochodowy, sprzęt sportowy itp. Obecnie około 7-8% produktów aramidowych wykorzystuje się do produkcji kamizelek kuloodpornych, hełmów itp. ., podczas gdy materiały lotnicze i sportowe stanowią około 40%; Materiały takie jak rama opony i przenośnik taśmowy stanowią około 20%, a liny o dużej wytrzymałości stanowią około 13%.
Chociaż te dwa są obecnie najpopularniejszymi materiałami wzmacniającymi, nadal istnieją pewne różnice w ich działaniu, objawiające się głównie
1. Pod względem właściwości mechanicznych wytrzymałość na rozciąganie aramidu może osiągnąć 2815Mpa, moduł sprężystości wynosi 126Gpa, wydłużenie przy zerwaniu wynosi 2,5%, a gęstość wynosi 1,44g/cm ^ 3, czyli jest nieco gorsza od wytrzymałości włókno węglowe. Jednakże godną uwagi cechą aramidu jest jego odporność na uderzenia, większe wydłużenie i mniejsza waga.
2. Pod względem stabilności aramid ma bardzo dobrą stabilność termiczną, która może rozkładać się bez deformacji w wysokiej temperaturze. Może być używany przez długi czas w temperaturze 180 stopni, a jego wytrzymałość i moduł nie zmieniają się po tygodniu w temperaturze 150 stopni. Współczynnik rozszerzalności cieplnej wynosi -2x10 ^ -6. W porównaniu z aramidem włókno węglowe ma również lepszą stabilność termiczną.
3. Pod względem właściwości termochemicznych aramid ma dobrą odporność na media i dużą odporność na obojętne chemikalia. Jednak łatwo ulega korozji pod wpływem silnych zasad i kwasów, co jest nieco gorsze od właściwości termochemicznych włókna węglowego.
Jednak w porównaniu do włókna węglowego, włókno aramidowe ma również inne zalety:
1. Włókna aramidowe są nieprzewodzące i stosowane do zbrojenia konstrukcji podobnych do betonowych nie wymagają uwzględnienia ograniczeń takich jak konieczność izolacji od prętów stalowych.
2. Włókno węglowe ma niską odporność na ścinanie i jest podatne na pękanie. Promień fazowania konstrukcji nie powinien być mniejszy niż 20 mm i potrzebna jest tylko połowa (10 mm) aramidu.
3. Elastyczna zaleta aramidu polega na jego zdolności do wytrzymywania obciążeń dynamicznych i lokalnych sił uderzeniowych. Pod względem funkcjonalności podczas budowy aramid jest niewątpliwie najbardziej odpowiednim materiałem.
Tryb zniszczenia po wzmocnieniu włóknem węglowym jest kruchy bez wyraźnych oznak, dlatego przy projektowaniu konstrukcji należy przyjąć większy współczynnik bezpieczeństwa. Jednakże moduł sprężystości tkaniny z włókna aramidowego jest niski, a wydłużenie duże. Eksperymenty wykazały, że proces niszczenia uszkodzonych elementów z betonu zwykłego wzmocnionego tkaniną z włókna aramidowego po ponownym obciążeniu nadal powoduje plastyczność.
Podsumowując, w porównaniu do włókna węglowego aramid ma nieco gorszą wytrzymałość i właściwości chemiczne, ale jego inne cechy rozszerzyły pola jego zastosowań. Na przykład włókna aramidowe są nieprzewodzące, więc oczywiście nie nadaje się do stosowania tkaniny z włókna węglowego w konstrukcjach z większą liczbą urządzeń elektrycznych, takich jak metro i zakłady przemysłowe. Ponadto, gdy do wzmacniania konstrukcji betonowych stosuje się włókno węglowe, należy zapewnić jego odizolowanie od prętów stalowych, aby zapobiec korozji elektrochemicznej, a zastosowanie włókien aramidowych nie jest ograniczone tym warunkiem. Ponadto włókno węglowe można stosować do wzmacniania domów przy stosunkowo stabilnych obciążeniach. W przypadku zbrojenia plastycznego pod obciążeniami dynamicznymi i uderzeniami lokalnymi, materiały z włókien aramidowych są niewątpliwie najlepszym wyborem w przypadku częstych wibracji na polach drogowych i mostowych.