Koji je materijal bolji, karbonska vlakna, staklena vlakna ili aramid?
Značajne razlike u trima vlaknima mogu se vidjeti kada se usporede gustoće triju materijala. Ako napravite 3 uzorka potpuno iste veličine i težine, brzo postaje očito da je Kevlar® vlakno puno lakše, a slijede ga ugljična vlakna, a E-staklena vlakna su najteža.
Stoga, za istu težinu kompozitnog materijala, karbonska vlakna ili Kevlar® mogu postići veću čvrstoću. Drugim riječima, svaka struktura koja zahtijeva određenu čvrstoću izrađenu od karbonskih vlakana ili Kevlar® kompozita bit će manja ili tanja od strukture napravljene od stakloplastike.
Kada su uzorci napravljeni i testirani, ustanovljeno je da je kompozit od stakloplastike gotovo dvostruko teži od Kevlar® ili laminata od karbonskih vlakana. To znači da korištenje Kevlar® ili karbonskih vlakana može znatno uštedjeti na težini.
Youngov modul mjera je krutosti elastičnog materijala i način je opisa materijala. Definira se kao omjer jednoosnog (u jednom smjeru) naprezanja i jednoosne deformacije (deformacija u istom smjeru). Youngov modul=naprezanje/deformacija, što znači da je materijal s visokim Youngovim modulom tvrđi od materijala s nižim Youngovim modulom.
Karbonska vlakna, Kevlar® i stakloplastika uvelike se razlikuju po krutosti. Karbonska vlakna su otprilike dva puta čvršća od aramidnih vlakana i pet puta čvršća od staklenih vlakana. Loša strana superiorne krutosti ugljičnih vlakana je ta da su obično lomljivija. Kada se pokvari, ne pokazuje mnogo naprezanja ili deformacija.
3. Zapaljivost i toplinska degradacija
I Kevlar® i karbonska vlakna otporni su na visoke temperature i niti jedno nema točku taljenja. Oba materijala korištena su u zaštitnoj odjeći i tkaninama otpornim na vatru. Stakloplastika će se s vremenom rastopiti, ali je također vrlo otporna na visoke temperature. Naravno, korištenje matiranog stakloplastike u zgradama također poboljšava otpornost na požar.
Karbonska vlakna i Kevlar® koriste se za izradu zaštitnih deka ili odjeće za gašenje požara ili zavarivanje. Rukavice od kevlara obično se koriste u mesnoj industriji za zaštitu ruku pri uporabi noževa. Budući da se vlakna rijetko koriste sama, toplinska otpornost matrice (obično epoksi) također je važna. Epoksidne smole brzo omekšaju kada su izložene toplini.
4. Vodljivost
Ugljična vlakna provode struju, ali Kevlar® i stakloplastika ne. Kevlar® se koristi za zatezne žice u prijenosnim stupovima. Iako ne provodi struju, upija vodu, a voda provodi struju. Stoga se u takvim primjenama vodootporni premaz mora nanijeti na vrh kevlara.
Budući da karbonska vlakna provode struju, galvanska korozija postaje problem kada dođe u dodir s drugim metalnim dijelovima.
5. UV razgradnja
Aramidna vlakna će se razgraditi na sunčevoj svjetlosti i visokom UV okruženju. Karbonska ili staklena vlakna nisu jako osjetljiva na UV zračenje. Međutim, neki često korišteni supstrati poput epoksidne smole pobjelit će i izgubiti čvrstoću ako se ostave na sunčevoj svjetlosti. Poliesterske i vinil esterske smole su otpornije na UV zrake, ali slabije od epoksi smola.
6. Protiv umora
Ako se dio više puta savija i ispravlja, na kraju će otkazati zbog zamora. Karbonska vlakna su donekle osjetljiva na zamor i sklona su katastrofalnom kvaru, dok je Kevlar® otporniji na zamor. Fiberglas je negdje između.
7. Otpornost na habanje
Kevlar® je vrlo otporan na abraziju, što otežava rezanje. Jedna od uobičajenih upotreba Kevlar®-a je kao zaštitne rukavice u područjima gdje se ruke mogu posjeći staklom ili gdje se koriste oštre oštrice. Karbonska vlakna i stakloplastika manje su otporni.
8. Otpornost na kemikalije
Aramidna vlakna osjetljiva su na jake kiseline, jake baze i određena oksidirajuća sredstva kao što je natrijev hipoklorit, koji mogu uzrokovati degradaciju vlakana. Uobičajena klorna izbjeljivača (kao što je Clorox®) i vodikov peroksid ne mogu se koristiti s Kevlar®-om, kisikova izbjeljivača (kao što je natrijev perborat) mogu se koristiti bez oštećenja aramidnih vlakana.
Karbonska vlakna su vrlo stabilna i neosjetljiva na kemijsku degradaciju. Međutim, epoksidna matrica će se razgraditi.
9. Izvedba lijepljenja matrice
Da bi karbonska vlakna, Kevlar® i staklo radili optimalno, moraju se držati na mjestu u matrici, obično epoksidnoj smoli. Stoga je sposobnost epoksidnih smola da se međusobno povezuju s različitim vlaknima kritična.
I ugljična i staklena vlakna lako se lijepe za epoksid, ali veza aramidnih vlakana i epoksida nije željena, a ovo smanjeno prianjanje omogućuje prodor vode. Kao rezultat toga, aramidna vlakna imaju tendenciju upijanja vode, što, u kombinaciji s manje od idealne adhezije na epoksid, znači da ako je površina Kevlar® kompozita oštećena i voda može ući unutra, tada Kevlar® može apsorbirati vlagu duž vlakana, i oslabiti kompozitni materijal.
