Vật liệu nào tốt hơn, sợi carbon, sợi thủy tinh hay aramid?
Có thể thấy sự khác biệt đáng kể trong ba loại sợi khi so sánh mật độ của ba vật liệu. Nếu bạn làm 3 mẫu có cùng kích thước và trọng lượng, thì sẽ nhanh chóng thấy rõ rằng sợi Kevlar® nhẹ hơn nhiều, tiếp theo là sợi carbon và sợi thủy tinh E nặng nhất.
Do đó, đối với cùng một trọng lượng của vật liệu composite, sợi carbon hoặc Kevlar® có thể đạt được độ bền cao hơn. Nói cách khác, bất kỳ cấu trúc nào yêu cầu độ bền nhất định được làm bằng vật liệu tổng hợp sợi carbon hoặc Kevlar® sẽ nhỏ hơn hoặc mỏng hơn cấu trúc được làm bằng sợi thủy tinh.
Khi các mẫu được tạo ra và thử nghiệm, người ta nhận thấy rằng hỗn hợp sợi thủy tinh nặng gần gấp đôi so với Kevlar® hoặc các lớp sợi carbon. Điều này có nghĩa là sử dụng Kevlar® hoặc sợi carbon có thể tiết kiệm rất nhiều trọng lượng.
Mô đun Young là thước đo độ cứng của vật liệu đàn hồi và là một cách mô tả vật liệu. Nó được định nghĩa là tỷ lệ giữa ứng suất đơn phương (theo một hướng) với biến dạng đơn phương (biến dạng theo cùng một hướng). Ứng suất/biến dạng mô đun Young =, có nghĩa là vật liệu có mô đun Young cao sẽ cứng hơn vật liệu có mô đun Young thấp hơn.
Sợi carbon, Kevlar® và sợi thủy tinh có độ cứng khác nhau. Sợi carbon cứng gấp đôi sợi aramid và cứng gấp 5 lần sợi thủy tinh. Nhược điểm của độ cứng vượt trội của sợi carbon là nó có xu hướng giòn hơn. Khi nó bị hỏng, nó có xu hướng không biểu hiện nhiều biến dạng hoặc biến dạng.
3. Tính dễ cháy và suy giảm nhiệt
Cả sợi Kevlar® và sợi carbon đều chịu được nhiệt độ cao và không có điểm nóng chảy. Cả hai vật liệu đã được sử dụng trong quần áo bảo hộ và vải chống cháy. Sợi thủy tinh cuối cùng sẽ tan chảy nhưng cũng có khả năng chịu nhiệt độ cao. Tất nhiên, việc sử dụng sợi thủy tinh mờ trong các tòa nhà cũng giúp cải thiện khả năng chống cháy.
Sợi carbon và Kevlar® được sử dụng để làm chăn hoặc quần áo chữa cháy hoặc hàn bảo vệ. Găng tay Kevlar được sử dụng phổ biến trong ngành thịt để bảo vệ tay khi sử dụng dao. Do các sợi hiếm khi được sử dụng riêng lẻ nên khả năng chịu nhiệt của ma trận (thường là epoxy) cũng rất quan trọng. Nhựa epoxy mềm nhanh chóng khi tiếp xúc với nhiệt.
4. Độ dẫn điện
Sợi carbon dẫn điện, nhưng Kevlar® và sợi thủy tinh thì không. Kevlar® được sử dụng cho dây thép gai trong các tháp truyền tải. Mặc dù nó không dẫn điện nhưng nó hút nước và nước dẫn điện. Do đó, trong các ứng dụng như vậy, lớp phủ chống thấm nước phải được phủ lên trên Kevlar.
Bởi vì sợi carbon dẫn điện, ăn mòn điện trở thành một vấn đề khi nó tiếp xúc với các bộ phận kim loại khác.
5. Suy thoái do tia cực tím
Sợi Aramid sẽ bị phân hủy dưới ánh sáng mặt trời và môi trường có tia cực tím cao. Sợi carbon hoặc thủy tinh không nhạy cảm lắm với bức xạ UV. Tuy nhiên, một số chất nền thường được sử dụng như nhựa epoxy sẽ bị trắng và mất độ bền nếu để dưới ánh sáng mặt trời. Nhựa polyester và vinyl ester có khả năng chống tia UV tốt hơn nhưng yếu hơn nhựa epoxy.
6. Chống mệt mỏi
Nếu một bộ phận bị uốn cong và duỗi thẳng nhiều lần, cuối cùng nó sẽ bị hỏng do mỏi. Sợi carbon hơi nhạy cảm với sự mỏi và có xu hướng hỏng nặng, trong khi Kevlar® có khả năng chống mỏi tốt hơn. Sợi thủy tinh ở đâu đó ở giữa.
7. Chống mài mòn
Kevlar® có khả năng chống mài mòn rất cao nên rất khó cắt. Một trong những cách sử dụng phổ biến của Kevlar® là làm găng tay bảo vệ ở những nơi tay có thể bị thủy tinh cắt vào tay hoặc những nơi sử dụng lưỡi dao sắc. Sợi carbon và sợi thủy tinh ít chịu lực hơn.
8. Kháng hóa chất
Xơ Aramid rất nhạy cảm với axit mạnh, bazơ mạnh và một số tác nhân oxi hóa như natri hypoclorit, có thể làm xơ bị thoái hóa. Không thể sử dụng chất tẩy clo thông thường (chẳng hạn như Clorox®) và hydro peroxide với Kevlar®, chất tẩy oxy (chẳng hạn như natri perborat) có thể được sử dụng mà không làm hỏng sợi aramid.
Sợi carbon rất ổn định và không nhạy cảm với sự xuống cấp của hóa chất. Tuy nhiên, ma trận epoxy sẽ xuống cấp.
9. Hiệu suất liên kết ma trận
Để sợi carbon, Kevlar® và thủy tinh hoạt động tối ưu, chúng phải được giữ cố định trong một ma trận, thường là epoxy. Do đó, khả năng liên kết của nhựa epoxy với các loại sợi khác nhau là rất quan trọng.
Cả sợi carbon và sợi thủy tinh đều dễ dàng dính vào epoxy, nhưng liên kết sợi aramid-epoxy không mạnh như mong muốn và sự giảm độ bám dính này cho phép xảy ra hiện tượng thấm nước. Do đó, sợi aramid có xu hướng hút nước, kết hợp với độ bám dính kém lý tưởng với epoxy, có nghĩa là nếu bề mặt của hỗn hợp Kevlar® bị hư hỏng và nước có thể xâm nhập, thì Kevlar® có thể hấp thụ độ ẩm dọc theo sợi. và làm suy yếu vật liệu composite.
