Kumpi materiaali on parempi, hiilikuitu, lasikuitu vai aramidi?
Merkittäviä eroja näissä kolmessa kuidussa voidaan nähdä, kun verrataan näiden kolmen materiaalin tiheyksiä. Jos teet 3 täsmälleen samankokoista ja -painoista näytettä, käy nopeasti ilmi, että Kevlar®-kuitu on paljon kevyempää, sen jälkeen hiilikuitu ja E-lasikuitu on painavin.
Siksi samalla komposiittimateriaalilla hiilikuitu tai Kevlar® voivat saavuttaa suuremman lujuuden. Toisin sanoen mikä tahansa tiettyä lujuutta vaativa hiilikuidusta tai Kevlar®-komposiiteista valmistettu rakenne on pienempi tai ohuempi kuin lasikuidusta valmistettu rakenne.
Näytteitä valmistettaessa ja testattaessa havaittiin, että lasikuitukomposiitti oli lähes kaksi kertaa raskaampaa kuin Kevlar® tai hiilikuitulaminaatit. Tämä tarkoittaa, että käyttämällä Kevlar®- tai hiilikuitua voidaan säästää paljon painoa.
Youngin moduuli on elastisen materiaalin jäykkyyden mitta ja tapa kuvata materiaalia. Se määritellään yksiaksiaalisen (yhteen suuntaan) jännityksen ja yksiaksiaalisen jännityksen (muodonmuutos samaan suuntaan) suhteeksi. Youngin moduuli=jännitys/venymä, mikä tarkoittaa, että materiaali, jolla on korkea Youngin moduuli, on kovempaa kuin materiaali, jolla on pienempi Youngin moduuli.
Hiilikuitu, Kevlar® ja lasikuitu vaihtelevat suuresti jäykkyydeltään. Hiilikuitu on noin kaksi kertaa jäykempi kuin aramidikuitu ja viisi kertaa jäykempi kuin lasikuitu. Hiilikuidun ylivoimaisen jäykkyyden haittapuoli on, että se on yleensä hauraampi. Kun se epäonnistuu, se ei yleensä näytä paljon jännitystä tai muodonmuutoksia.
3. Syttyvyys ja lämpöhajoaminen
Sekä Kevlar® että hiilikuitu kestävät korkeita lämpötiloja, eikä kummallakaan ole sulamispistettä. Molempia materiaaleja on käytetty suojavaatteissa ja tulenkestävissä kankaissa. Lasikuitu sulaa lopulta, mutta kestää myös erittäin korkeita lämpötiloja. Tietysti myös himmeän lasikuidun käyttö rakennuksissa parantaa palonkestävyyttä.
Hiilikuitua ja Kevlar®:ia käytetään suojaavien palontorjunta- tai hitsauspeitteiden tai -vaatteiden valmistukseen. Kevlar-käsineitä käytetään yleisesti lihateollisuudessa käsien suojaamiseen veitsiä käytettäessä. Koska kuituja käytetään harvoin yksinään, myös matriisin (yleensä epoksi) lämmönkestävyys on tärkeä. Epoksihartsit pehmenevät nopeasti altistuessaan lämmölle.
4. Johtavuus
Hiilikuitu johtaa sähköä, mutta Kevlar® ja lasikuitu eivät. Kevlaria käytetään voimansiirtotornissa oleviin johtoihin. Vaikka se ei johda sähköä, se imee vettä, ja vesi johtaa sähköä. Siksi tällaisissa sovelluksissa Kevlarin päälle on levitettävä vedenpitävä pinnoite.
Koska hiilikuitu johtaa sähköä, galvaanisesta korroosiosta tulee ongelma, kun se joutuu kosketuksiin muiden metalliosien kanssa.
5. UV-hajoaminen
Aramidikuidut hajoavat auringonvalossa ja korkeassa UV-säteilyssä. Hiili- tai lasikuidut eivät ole kovin herkkiä UV-säteilylle. Jotkut yleisesti käytetyt alustat, kuten epoksihartsi, kuitenkin vaalenevat ja menettävät lujuutta, jos ne jätetään auringonvaloon. Polyesteri- ja vinyyliesterihartsit kestävät paremmin UV-säteitä, mutta heikompia kuin epoksihartsi.
6. Väsymystä ehkäisevä
Jos osaa taivutetaan ja suoristetaan toistuvasti, se lopulta epäonnistuu väsymisen vuoksi. Hiilikuitu on hieman herkkä väsymykselle ja epäonnistuu katastrofaalisesti, kun taas Kevlar® kestää paremmin väsymystä. Lasikuitu on jossain välissä.
7. Kulutuskestävyys
Kevlar® on erittäin kulutusta kestävä, mikä vaikeuttaa leikkaamista. Yksi Kevlar®:n yleisimmistä käyttötarkoituksista on suojakäsineitä alueilla, joissa lasi voi leikata käsiä tai joissa käytetään teräviä teriä. Hiilikuitu ja lasikuitu ovat vähemmän kestäviä.
8. Kemiallinen kestävyys
Aramidikuidut ovat herkkiä vahvoille hapoille, vahvoille emäksille ja tietyille hapettimille, kuten natriumhypokloriitille, jotka voivat aiheuttaa kuidun hajoamista. Tavallisia kloorivalkaisuaineita (kuten Clorox®) ja vetyperoksidia ei voi käyttää Kevlar®:n kanssa, happivalkaisuaineita (kuten natriumperboraattia) voidaan käyttää vahingoittamatta aramidikuituja.
Hiilikuidut ovat erittäin vakaita ja herkkiä kemialliselle hajoamiselle. Epoksimatriisi kuitenkin hajoaa.
9. Matriisiliitoksen suorituskyky
Jotta hiilikuitu, Kevlar® ja lasi toimivat optimaalisesti, ne on pidettävä paikoillaan matriisissa, yleensä epoksissa. Siksi epoksihartsien kyky sitoutua yhteen erilaisten kuitujen kanssa on kriittinen.
Sekä hiili- että lasikuidut tarttuvat helposti epoksiin, mutta aramidikuitu-epoksisidos ei ole niin vahva kuin toivotaan, ja tämä vähentynyt tarttuvuus mahdollistaa veden tunkeutumisen. Seurauksena on, että aramidikuidut imevät itseensä vettä, mikä yhdistettynä huonompaan tarttumiseen epoksiin tarkoittaa, että jos Kevlar®-komposiitin pinta vaurioituu ja vettä pääsee sisään, Kevlar® voi imeä kosteutta kuituja pitkin. ja heikentää komposiittimateriaalia.
