أي مادة أفضل ، ألياف الكربون ، الألياف الزجاجية أم الأراميد؟
يمكن رؤية اختلافات كبيرة في الألياف الثلاثة عند مقارنة كثافات المواد الثلاثة. إذا قمت بعمل 3 عينات من نفس الحجم والوزن بالضبط ، فسرعان ما يتضح أن ألياف Kevlar® أخف بكثير ، تليها ألياف الكربون ، والألياف الزجاجية الإلكترونية هي الأثقل.
لذلك ، لنفس وزن المادة المركبة ، يمكن أن تحقق ألياف الكربون أو Kevlar® قوة أعلى. بمعنى آخر ، فإن أي هيكل يتطلب قوة معينة مصنوعًا من ألياف الكربون أو مركبات Kevlar® سيكون أصغر أو أرق من الهيكل المصنوع من الألياف الزجاجية.
عندما تم عمل العينات واختبارها ، وجد أن مركب الألياف الزجاجية كان ثقيلًا تقريبًا مرتين مثل Kevlar® أو رقائق ألياف الكربون. هذا يعني أن استخدام Kevlar® أو ألياف الكربون يمكن أن يوفر الكثير من الوزن.
يُعد معامل يونج مقياسًا لمدى صلابة مادة مرنة وهو طريقة لوصف مادة ما. يتم تعريفه على أنه نسبة الإجهاد أحادي المحور (في اتجاه واحد) إلى الإجهاد أحادي المحور (تشوه في نفس الاتجاه). معامل يونج=الإجهاد / الانفعال ، وهو ما يعني أن المادة ذات معامل يونج العالي تكون أصعب من المادة ذات معامل يونج الأقل.
تختلف ألياف الكربون والكيفلار والألياف الزجاجية بشكل كبير في الصلابة. ألياف الكربون هي ضعف صلابة ألياف الأراميد وخمس مرات أكثر صلابة من الألياف الزجاجية. الجانب السلبي للصلابة الفائقة لألياف الكربون هو أنها تميل إلى أن تكون أكثر هشاشة. عندما يفشل ، فإنه لا يميل إلى إظهار الكثير من الضغط أو التشوه.
3. القابلية للاشتعال والتدهور الحراري
كل من Kevlar® وألياف الكربون مقاومان لدرجات الحرارة المرتفعة ، وليس لأي منهما نقطة انصهار. تم استخدام كلتا المادتين في الملابس الواقية والأقمشة المقاومة للحريق. سوف تذوب الألياف الزجاجية في النهاية ولكنها أيضًا مقاومة بدرجة عالية لدرجات الحرارة المرتفعة. بالطبع ، يحسن استخدام الألياف الزجاجية المتجمدة في المباني أيضًا مقاومة الحريق.
تُستخدم ألياف الكربون و Kevlar® في مكافحة الحرائق الواقية أو لحام البطانيات أو الملابس. تُستخدم قفازات كيفلر بشكل شائع في صناعة اللحوم لحماية اليدين عند استخدام السكاكين. نظرًا لأن الألياف نادرًا ما تستخدم بمفردها ، فإن مقاومة الحرارة للمصفوفة (عادةً الإيبوكسي) مهمة أيضًا. راتنجات الايبوكسي تلين بسرعة عند تعرضها للحرارة.
4. الموصلية
تقوم ألياف الكربون بتوصيل الكهرباء ، لكن Kevlar® والألياف الزجاجية لا تفعل ذلك. يستخدم Kevlar® لأسلاك الشد في أبراج النقل. على الرغم من أنه لا يوصل الكهرباء ، إلا أنه يمتص الماء ، والماء يوصل الكهرباء. لذلك ، في مثل هذه التطبيقات ، يجب وضع طلاء مضاد للماء فوق الكيفلار.
نظرًا لأن ألياف الكربون توصل الكهرباء ، يصبح التآكل الجلفاني مشكلة عندما تتلامس مع الأجزاء المعدنية الأخرى.
5. تدهور الأشعة فوق البنفسجية
سوف تتحلل ألياف الأراميد في ضوء الشمس وبيئات الأشعة فوق البنفسجية العالية. ألياف الكربون أو الزجاج ليست حساسة جدًا للأشعة فوق البنفسجية. ومع ذلك ، فإن بعض الركائز الشائعة الاستخدام مثل راتنجات الايبوكسي سوف تصبح بيضاء وتفقد قوتها إذا تركت في ضوء الشمس. تعتبر راتنجات البوليستر والفينيل أكثر مقاومة للأشعة فوق البنفسجية ولكنها أضعف من راتنجات الايبوكسي.
6. مكافحة التعب
إذا تم ثني جزء وتقويمه بشكل متكرر ، فسوف يفشل في النهاية بسبب التعب. تعتبر ألياف الكربون حساسة إلى حد ما للإرهاق وتميل إلى الفشل بشكل كارثي ، في حين أن Kevlar® أكثر مقاومة للإرهاق. الألياف الزجاجية في مكان ما بينهما.
7. مقاومة التآكل
Kevlar® مقاوم جدًا للتآكل ، مما يجعل من الصعب قطعه. أحد الاستخدامات الشائعة لـ Kevlar® هو ارتداء القفازات الواقية في المناطق التي قد تُقطع فيها الأيدي بالزجاج أو حيث تُستخدم شفرات حادة. ألياف الكربون والألياف الزجاجية أقل مقاومة.
8. المقاومة الكيميائية
ألياف الأراميد حساسة للأحماض القوية والقواعد القوية وبعض العوامل المؤكسدة مثل هيبوكلوريت الصوديوم ، والتي يمكن أن تسبب تحلل الألياف. لا يمكن استخدام مبيضات الكلور الشائعة (مثل Clorox®) وبيروكسيد الهيدروجين مع Kevlar® ، ويمكن استخدام مبيضات الأكسجين (مثل بيربورات الصوديوم) دون إتلاف ألياف الأراميد.
ألياف الكربون مستقرة جدًا وغير حساسة للتحلل الكيميائي. ومع ذلك ، فإن مصفوفة الايبوكسي سوف تتحلل.
9. مصفوفة أداء الترابط
لكي تعمل ألياف الكربون والكيفلار والزجاج على النحو الأمثل ، يجب تثبيتها في مكانها في مصفوفة ، عادةً ما تكون من الإيبوكسي. لذلك ، فإن قدرة راتنجات الايبوكسي على الارتباط مع الألياف المختلفة أمر بالغ الأهمية.
تلتصق كل من ألياف الكربون والزجاج بالإيبوكسي بسهولة ، لكن رابطة ألياف الأراميد - الإيبوكسي ليست قوية كما هو مرغوب فيه ، وهذا الالتصاق المنخفض يسمح بحدوث اختراق الماء. نتيجة لذلك ، تميل ألياف الأراميد إلى امتصاص الماء ، وهو ما يعني ، جنبًا إلى جنب مع التصاق أقل من مثالي بالإيبوكسي ، أنه في حالة تلف سطح مركب Kevlar® وإمكانية دخول الماء ، فقد يمتص Kevlar® الرطوبة على طول الألياف ، ويضعف المادة المركبة.
