1. Прочность на растяжение
Прочность на растяжение — это максимальное напряжение, которое материал может выдержать перед растяжением. Некоторые нехрупкие материалы деформируются, прежде чем сломаться, но волокна Kevlar®, углеродные волокна и стеклянные волокна хрупкие и ломаются почти не деформируясь. Предел прочности измеряется в силе на единицу площади (Па или Паскали).

Напряжение — это сила, а деформация — это отклонение, вызванное напряжением. Ниже показано сравнение прочности на разрыв трех обычно используемых армирующих волокон: углеродного волокна, арамидного волокна, стекловолокна и эпоксидной смолы. Важно отметить, что эти цифры предназначены только для сравнения и могут варьироваться в зависимости от производственного процесса, состава арамида, волокна-предшественника углеродного волокна и т. д., в МПа.

Углеродное волокно: 4127
Стекловолокно: 3450
Арамидное волокно: 2757

2. Плотность и соотношение прочности к весу
При сравнении плотности трех материалов можно увидеть значительные различия между тремя волокнами. Если вы сделаете 3 образца одинакового размера и веса, вскоре станет очевидно, что волокно Kevlar® намного легче, углеродное волокно занимает второе место, а стекловолокно является самым тяжелым.

Следовательно, при одинаковом весе композитного материала углеродное волокно или кевлар® могут получить более высокую прочность. Другими словами, любая конструкция из углеродного волокна или композита Kevlar®, требующая заданной прочности, будет меньше или тоньше конструкции из стекловолокна.

После изготовления и испытаний образца выяснилось, что композит из стекловолокна весит почти в два раза больше, чем ламинат из кевлара или углеродного волокна. Это означает, что вы можете значительно сэкономить вес, используя кевлар® или углеродное волокно. Это свойство называется соотношением прочности к весу.

3. Модуль Юнга
Модуль Юнга является мерой жесткости упругого материала и способом описания материала. Он определяется как отношение одноосного (в одном направлении) напряжения к одноосной деформации (деформации в том же направлении). Модуль Юнга = напряжение/деформация, что означает, что материал с высоким модулем Юнга тверже, чем материал с низким модулем Юнга.

Жесткость углеродного волокна, кевлара и стекловолокна сильно различается. Жесткость углеродного волокна примерно в два раза выше, чем у арамидного волокна, а жесткость в пять раз выше, чем у стекловолокна. Обратной стороной превосходной жесткости углеродного волокна является то, что оно становится более хрупким. Когда он выходит из строя, он, как правило, не испытывает больших напряжений или деформаций.


4. Воспламеняемость и термическая деградация
И кевлар®, и углеродное волокно устойчивы к высоким температурам, и ни один из них не имеет точки плавления. Оба материала используются в защитной одежде и огнестойких тканях. Стекловолокно со временем плавится, но оно также очень устойчиво к высоким температурам. Конечно, матовое стекловолокно, используемое в зданиях, также может повысить огнестойкость.

Углеродное волокно и кевлар® используются для изготовления защитных одеял или одежды для пожаротушения или сварки. Кевларовые перчатки обычно используются в мясной промышленности для защиты рук при использовании ножей. Поскольку волокна редко используются отдельно, важна также термостойкость подложки (обычно эпоксидной). Эпоксидные смолы быстро размягчаются под воздействием тепла.


5. Электропроводность
Углеродное волокно может проводить электричество, а кевлар® и стекловолокно — нет. Кевлар® используется для протяжки кабеля в опорах электропередач. Хотя он и не проводит электричество, он может поглощать воду, а вода действительно проводит электричество. Поэтому в таких случаях на кевлар необходимо наносить водонепроницаемое покрытие.

Поскольку углеродное волокно может проводить электричество, гальваническая коррозия становится проблемой при контакте с другими металлическими частями.


6. УФ-деградация
Арамидные волокна разрушаются под воздействием солнечного света и сильного ультрафиолетового излучения. Углеродное или стекловолокно не очень чувствительно к ультрафиолетовому излучению. Однако некоторые обычно используемые подложки, такие как эпоксидные смолы, остаются под воздействием солнечного света, белеют и теряют прочность, полиэфирные и винилэфирные смолы более устойчивы к ультрафиолетовым лучам, но менее устойчивы, чем эпоксидные смолы.

7. Против усталости
Если деталь неоднократно сгибать и выпрямлять, она в конечном итоге выйдет из строя из-за усталости. По сравнению с углеродным волокном, которое в некоторой степени чувствительно к усталости и имеет тенденцию к катастрофическим разрушениям, кевлар® более устойчив к усталости. Стекловолокно находится где-то посередине.


8. Износостойкость
Кевлар® обладает высокой износостойкостью, что затрудняет резку. Одним из распространенных применений кевлара® является использование в качестве защитных перчаток в местах, где руки могут быть порезаны стеклом или острыми лезвиями. Углеродное волокно и стекловолокно менее устойчивы.


9. Химическая стойкость
Арамидные волокна чувствительны к сильным кислотам, сильным основаниям и некоторым окислителям (таким как гипохлорит натрия), которые могут вызвать деградацию волокна. Обычный хлорный отбеливатель (например, Clorox®) и перекись водорода нельзя использовать с Kevlar®, кислородный отбеливатель (например, перборат натрия) можно использовать, не повреждая арамидные волокна.

Углеродное волокно очень стабильно и не чувствительно к химическому разложению.


10. Производительность привязки матрицы
Чтобы углеродное волокно, кевлар® и стекло работали наилучшим образом, они должны удерживаться на месте в матрице (обычно в смоле). Поэтому способность смолы связываться с различными волокнами имеет решающее значение.

Углеродное волокно и стекловолокно могут легко прилипать к смоле, но прочность арамидонового волокна и смолы не так высока, как хотелось бы, и эта уменьшенная адгезия позволяет происходить проникновению воды. В результате арамидные волокна имеют тенденцию впитывать воду, что в сочетании с неудовлетворительной адгезией к эпоксидным смолам означает, что если поверхность композита кевлар® повреждена и может проникнуть вода, Кевлар® может поглощать воду вдоль волокна и ослаблять составной.


11. Цвет и плетение
Естественное состояние арамида — светлое золото, оно может быть красочным, и сейчас существует множество хороших оттенков. Стекловолокно также доступно в цвете. Углеродное волокно всегда черное и может быть смешано с цветным арамидом, но не может быть окрашено само по себе.

(Углеродное волокно)

(Стекловолокно)