1. Предел прочности при растяжении.
Под пределом прочности понимается максимальное напряжение, которое материал может выдержать перед растяжением. Некоторые нехрупкие материалы деформируются, прежде чем сломаться, но волокна Kevlar®, углеродные волокна и стекловолокна 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 существенные 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 Кевлар®, требующая заданной прочности, будет меньше или тоньше, чем конструкция 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. Young's modulus
Young's modulus is a measure of the stiffness of an elastic material and is a way of describing the material. It is defined as the ratio of uniaxial (in one direction) stress to uniaxial strain (deformation in the same direction). Young's modulus = stress/strain, meaning that a material with a high Young's modulus is harder than a material with a low Young's modulus.

The stiffness of carbon fiber, Kevlar® and glass fiber varies greatly. The stiffness of carbon fiber is about twice that of aramid fiber, while the stiffness is five times higher than that of glass fiber. The downside to carbon fiber's excellent stiffness is that it tends to be more brittle. When it fails, it tends not to show much strain or deformation.


4. Flammability and thermal degradation
Both Kevlar® and carbon fiber are resistant to high temperatures, and neither has a melting point. Both materials have been used in protective clothing and fire-resistant fabrics. The glass fiber will eventually melt, but it is also highly resistant to high temperatures. Of course, frosted glass fiber used in buildings can also improve fire resistance.

Carbon fiber and Kevlar® are used to make protective firefighting or welding blankets or clothing. Kevlar gloves are commonly used in the meat industry to protect the hands when using knives. Since fibers are rarely used alone, the heat resistance of the substrate (usually epoxy) is also important. Epoxy resins soften rapidly when exposed to heat.


5. Electrical conductivity
Carbon fiber can conduct electricity, but Kevlar® and glass fiber do not. Kevlar® is used for cable pulling in power transmission towers. Although it does not conduct electricity, it can absorb water, and water can indeed conduct electricity. Therefore, in such applications, a waterproof coating must be applied to Kevlar.

Because carbon fiber can conduct electricity, galvanic corrosion becomes a problem when it comes into contact with other metal parts.


6. Uv degradation
Aramid fibers will degrade in sunlight and high UV environments. Carbon fiber or glass fiber is not very sensitive to ultraviolet radiation. However, some commonly used substrates such as epoxy resins remain in sunlight, it will turn white and lose strength, polyester and vinyl ester resins are more resistant to UV rays, but less resistant than epoxy resins.

7. Защита от 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. Характеристики связывания матрицы.
Чтобы углеродное волокно, кевлар® и стекло работали наилучшим образом, они должны оставаться 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 композит.


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

(Углеродное волокно)

(Стекловолокно)