Astăzi, am să realizez o analiză comparativă privind fibrele din aramidă și fibrele din carbon.
Este foarte posibil să nu fi auzit de fibra de aramidă înainte de a citi ultimul nostru blog. Cu toate acestea, șansele sunt ca mulți, dacă nu majoritatea dintre voi, să fiiauzit de fibra de carbon sau să fi văzut ceva făcut din „fibră de carbon”. De ce adaug ghilimele la fibra de carbon? Pentru că adevărul este că multe din ceea ce vedeți pe piață sunt asemenătoare, insă sunt foarte diferite.
Pentru a vă oferi câteva exemple, atât fibra aramidă, cât și fibra de carbon pot fi folosite ca material cheie în vesta anti-glonț, dar este destul de greu să le deosebim una de cealaltă doar uitându-ne la aspectul lor. În mod similar, există o mulțime de huse de telefon din fibră de carbon în ziua de astăzi, care se află pe piață și care se întâmplă să arate foarte asemănător cu husele de telefon din fibră aramidă. Din cauza informațiilor înșelătoare oferite de unii producători, mulți utilizatori, precum și comercianții cu amănuntul au confundat o fibră cu cealaltă. Dar, de fapt, sunt două produse complet diferite.
Carcasa aramidă pentru iPhone 7
Husa din fibră de carbon pentru iPhone 7
Deoarece ambele materiale sunt utilizate din ce în ce mai mult, este foarte probabil să întâlniți aceste două produse din fibre diferite. Deci, ce ziceți dacă ați afla mai multe despre fibra aramidă și fibra de carbon? Veți putea apoi să luați o decizie mult mai bună și mai informată atunci când trebuie să cumpărați ceva sau chiar vă puteți uimi prietenii și colegii cu cunoștințele dvs.
1.Culorile
#fibra aramidă
Fibra aramidă, în starea sa naturală, are o culoare galben-auriu strălucitoare. Cu toate acestea, în ultimii ani, oamenii de știință au reușit să dezvolte culori distincte, cum ar fi negru, roșu, portocaliu, verde sau albastru.
Mostre de ață de culoare ale fibrelor de aramidă „DuPontTM Kevlar® ”
#fibra de carbon
Fibra de carbon, pe de altă parte, este întotdeauna neagră și va fi întotdeauna neagră, nu poate fi colorată. Singura modalitate de a schimba aspectul fibrei de carbon este amestecând-o cu ceva, cu ceea ce anume s-ar putea amesteca? Bineînțeles, cu niște fibre de aramidă colorată.
Mostre de ață negre ale fibrei de carbon
2. Țesătura
#fibra aramidă
Când este țesută impletitura, pânza de aramidă vine în două tipuri de țesături, cea plată - „Matrix”- (Plain) și cea în diagonală (Twill). Țesătura de tip twill este de obicei utilizată acolo unde este necesară o flexibilitate îmbunătățită, în timp ce țesătura Plain este foarte frecventă în compozite, deoarece oferă proprietăți uniforme, stabilitate maximă, precum și caracteristici simple ale suprafeței.
Țesătura în diagonală - Twill
Țesătura de tip matrice - Plain
#țesătura din fibră de carbon
Țesăturile clasice din fibră de carbon sunt țesute în direcția orientării fibrelor și sunt utilizate în mod obișnuit în industria compozitelor și, conform fibrelor aramide, includ țesături netede (Plain) și în diagonală (Twill). Țesătura „Plain” este mai puțin flexibilă și mai rezistentă la tăiere, în timp ce țesătura de „Twill” are fibre care merg mai drepte și mai lungi, menținând teoretic punctele ei forte, făcând-o mai flexibilă și mai puternică decât țesătura netedă.
Țesătura netedă - „Plain”
Țesătura în diagonală - „Twill”
#fabricatele hibride carbon-aramidă
Pe lângă țesăturile clasice ale acestor două tipuri de fibre, aramida poate fi țesută în țesături hibride care sunt amestecate cu fibră de carbon. În acest fel, proprietățile fibrelor combinate sunt îmbunătățite de sinergie. (Sinergia este reprezentată prin crearea unui întreg care este mai mare decât suma simplă a părților sale)
Sau, pentru a o spune altfel, atunci când combinați două sau mai multe fibre, materialul rezultat tinde să iși păstreze proprietățile sale mai puternice, renunțând în același timp la proprietățile sale cele mai slabe. Astfel, o țesătură hibridă este adesea alegerea preferată pentru mulți producători de materiale compozite.
Tesatura hibridă din carbon-aramid-poliester-sticlă
3. Costurile
Dacă verificați prețul ambelor materiale, veți regăsi faptul că acestea sunt comparabile pe o anumită lungime, dar prețul final poate depinde și de alți factori. În plus, fibra aramidă și fibra de carbon sunt mai scumpe în comparație cu alte materiale compozite, cum ar fi fibra de sticlă. Puteți vedea mai multe din punct de vedere al diferențelor de preț, consultând site-uri online de renume, precum Fibreglast.
Un aspect suplimentar este acela că pe măsură ce tehnologiile emergente devin din ce în ce mai uzuale, acele cele mai bune costuri ale fibrelor de carbon de clasă superioară încep să scadă în fiecare an, după cum puteți vedea în tabelul următor.
4. Propriețăți
A. Densitate
Densitatea (sau densitatea volumetrică a masei) se referă la masa unei substanțe pe o unitate de volum.
Prin urmare, cu cât un material este mai dens, cu atât se va simți mai greu având un volum egal.
Când comparați densitatea fibrei de aramidă cu fibra de carbon, veți descoperi că acestea sunt diferite. Dacă ar fi să țineți două blocuri egale de fibră de carbon și fibră de aramidă în mâini, ați putea spune care este, fără a vă deschide ochii, deoarece fibra aramidă - Kevlar - este mult mai ușoară.
Diametru | Gravitate | Densitatea laminatului (grame/centrimetru pătrat) | |
Fibră de carbon | 10 | 1.8 | 1.58 |
Kevlar 29 | 12 | 1.45 | 1.43 |
Kevlar 49 | 12 | 1.45 | 1.45 |
Kevlar 129 | 1.5 | 1.44 | |
Kevlar 149 | 1.45 | 1.45 |
B. Raportul rezistență - greutate
Raportul rezistență / greutate este reprezentată de forța unui material pe unitate de suprafață la un șoc apărut, aceasta fiind mai apoi împărțită la densitatea sa.
Kevlarul are un raport mare de rezistență / greutate atunci când este testat unidirecțional (ca în direcția fibrelor). Atât Kevlarul, cât și fibra de carbon au rapoarte foarte bune rezistență / greutate.
Rezistența fibrei | Rezistența laminatului | Raport rezistență - greutate (kN*m/kg) | |
Fibră de carbon | 4127 | 1600 | 2457 |
Fibra aramidă | 2757 | 1430 | 2514 |
C. Rezistența la forța de tracțiune
Rezistența la tracțiune (rupere) este reprezentată prin forța maxim a unui material atunci când se exercită o forță asupra acesteia, rezultând mai apoi în spargerea/ruperea materialului..
Unele materiale non-fragile se distorsionează înainte de spargere/rupere, dar atât Kevlarul, cât și fibra de carbon sunt materiale fragile și, prin urmare, se vor rupe fără distorsiuni. Măsurarea rezistenței la tracțiune este declarată ca forța pe unitate de suprafață, Pa sau Pascali. Rezistența la tracțiune se poate referi și la rezistența supremă la tracțiune sau rezistența absolută.
Rezistența absolută la tracțiune | |
Fibră de carbon | 2757 |
Kevlar 29 | 4137 |
Kevlar 49 | 3450 |
Kevlar 129 | 1600 |
Kevlar 149 | 1500 |
D. Modulul de elasticitate
Modulul lui Young este un indicator al rigidității unui material solid.
O proprietate mecanică a materialelor solide elastice liniare, definește relația dintre fortță și tensiune (modulul Young este raportul dintre forță și tensiune).
Modulul lui Young = Forță/ Tensiune
Cu alte cuvinte, un material cu un modul Young ridicat este mai rigid decât un material cu un modulul lui Young mai mic.
Modulul lui Young | |
Fibră de carbon | 125 - 181 |
Fibră aramidă | 70 - 186 |
E. Conductibilitate electrică
Fibra de carbon are o conductivitate electrică mare, cred că acest lucru este bine cunoscut.
Totuși, în contrast, fibrele de aramidă, așa cum am menționat în trecut, sunt un izolator excelent, iar rezistența sa dielectrică este de până la 20kv / mm.
Problema este că, dacă uitați că fibra de carbon este un conductor excelent de eletricitate, ar putea fi o problemă reală pentru dvs. De exemplu, poate vă place o carcasă din fibră de carbon (care pare a fi destul de populară) pentru telefonul dvs.; acesta ar arăta superb în husa din fibră de carbon, insă vă v-a afecta teribil semnalul telefonului d-voastră.
Dar de ce?
Ei bine, prin transmiterea și recepționarea undelor electromagnetice ale telefonul dvs., telefonul primește semnalul și se alătură rețelei de telefonie mobilă. Din păcate, proprietățile conductoare ale fibrelor de carbon vor absorbi, reflecta și contracara în mod semnificativ aceste unde electromagnetice. Deci, semnalul telefonului dvs. cu o carcasă din fibră de carbon va scădea dramatic.
Acest lucru este foarte asemănător cu alte huse de telefon cu conductibilitate electrică, cum ar fi cele din metal. Se știe că carcasele din fibră de carbon reduc puterea semnalului telefonului cu 40% până la 60% în medie. În mod ironic, atât carcasele din fibră de carbon, cât și cele din metal sunt foarte populare în rândul publicului larg datorită stilului și designului elegant.
Oh, și dacă insistați să folosiți o carcasă din fibră de carbon, scoateți-o pentru că va putea fi extrem de periculos pentru dumneavoastră în zilele ploioase.
Persoanele care știu despre ce este vorba vor alege carcasa de telefon din fibră aramidă în loc de fibră de carbon, deoarece, în timp ce arată foarte asemănătoare și elegante, carcasa din fibră de aramidă NU va reduce deloc puterea semnalului. Si atunci este perfect!
F. Altele
Fibra de carbon | Fibra aramidă | |
Rezistență la abraziune | bună | foarte bună |
Rezistență la solvenți | bună | excelentă |
Punct de topire | foarte ridicat | nu are punct de topire |
Grad de inflamabilitate | ridicat | scăzut |
5. Procesul de producție
După cum sa menționat în ultimul blog, fibrele de aramidă includ de fapt două tipuri, para-aramid și meta-aramid, iar metodele de fabricație sunt diferite pentru fiecare.
Meta-aramida este fabricată din polimer poli-metafenilen izoftalamidă, în timp ce para-aramida este fabricată din polimer p-fenilen tereftalamidă.
Fibrele de aramidă sunt produse din acești polimeri utilizând fie metoda de filare umedă, fie cea uscată de rotație;se foloseste aceste metode deoarece aramidele s-ar descompune înainte de a se topi. Un solvent polimeric, acid sulfuric anhidru, este utilizat pentru a ajuta la procesul de filare.
În timpul procesului de filare umedă, se utilizează o soluție puternică de polimer și săruri anorganice. Această compozitie este filată și extrudată printr-o filă, într-o baie slabă de acid sau de apă, care îndepărtează sărurile și lasă firele.
În procesul de filare uscată, sărurile sunt mai greu de îndepărtat, deci acest proces este de obicei utilizat numai pentru a produce fibre meta-aramide.
În ambele procese, tratarea ulterioară a fibrelor este gestionată prin extragere suplimentară, care optimizează proprietățile fibrei.
#fabricarea fibrei de carbon
Producția fibrei de carbon se bazează pe precursorii pe bază de PAN (pe bază de poliacrilonitril) sau pe precursori pe bază de lovitura (PITCH).
Monomer PAN (poliacrilonitril)
Precursorii parcurg o serie de operațiuni diferite în timpul producției.
Prima etapă implică trecerea lor prin compartimente cu temperaturi foarte ridicate astfel încât să se realizeze oxidarea precursorilor.
Etapa a doua, presupune ca precursorul să fie tratat cu substanțe chimice pentru a oferi proprietăți ridicate de rigiditate la greutate și rezistență la greutate pre-materialului.
După o etapă de tratare a suprafeței și dimensionare, compatibilitatea materialelor cu rășina și proprietățile mânerului au fost, de asemenea, cu mult îmbunătățite.
În funcție de precursorul utilizat pentru fabricarea fibrei, fibra de carbon poate fi turbostatică sau grafitică, sau chiar o structură hibridă cu părți grafitice și turbostrate prezente. Fibra de carbon derivată din PAN este turbostatică, în timp ce fibra de carbon produsă din pas (Pitch) este grafitică după tratamentul termic la o temperatură care depășește 2200 ℃.
Greutatea PAN în timpul oxidării și carbonizării este redusă cu 50% din greutatea inițială.
Producția de fibre de carbon se bazează în principal pe fibre pe bază de PAN (un material din fibre polimerice cu bază textilă), în timp ce fibra Pitch se realizează prin filarea petrolului purificat sau a pasului de gudron de cărbune, astfel fibrele rezultate au un grad ridicat de orientare moleculară, ceea ce conferă un modul mai ridicat, cât și îmbunătățește conductivitatea termică.
Procesul de producție a fibrei de carbon este foarte lent și costisitor din cauza proceselor consumatoare de timp și energie. Fibrele de carbon pe bază de PITCH și fibrele pe bază de PAN sunt produse în moduri similare. Dar fibra pe baza de PITCH este mai dificilă de rotit, iar rezultând faptul ca fibra este mai dificilă de manevrat.
Sinteza fibrei de carbon pe baza de PAN (fibre polimerice cu bază textilă)
6. Fibra de carbon vs. Fibra de aramidă - Care din ele este câștigătoarea?
Deci, după o analiză destul de cuprinzătoare, sperăm că informațiile noastre să v-au clarificat mai bine cunoștințele în ceea ce privește diferențele importante dintre aceste două fibre foarte interesante.
Dar ce înseamnă asta exact pentru producătorii care folosesc aceste materiale?
Ei bine, asta depinde de ceea ce încearcă ei să realizeze/creeze cu aceste materiale.
Pe scurt, dacă rezistența materialului este singura considerație, atunci fibra de aramidă este mai puternică, și este alegerea cea mai bună. Cu toate acestea, dacă aveți nevoie de rigiditate și nu elasticitate, atunci alegeți fibra de carbon.
Ah și dacă vreți să cumpărați o carcasă elegantă pentru telefon, nu uitați, nu are rost să alegeți o carcasă din fibră de carbon, deoarece veți realiza că o să aveți pierderi de semnal din cauza fibrei de carbon care este conductibilă electric.
În schimb, alegerea corectă ar fi aceea a unei carcase pentru telefon fabricată din fibră de aramidă - Kevlar - înlocuitorul perfect pentru o carcasă din fibră de carbon.