Кевлар и углеродное волокно — одно и то же? Что отличает кевлар от углеродного волокна?

Что такое углеродное волокно?

Углеродное волокно — это волокнистый углеродный материал, известный своим черным цветом. Он может похвастаться сочетанием таких свойств, как высокая прочность, низкая плотность, отличная коррозионная стойкость, превосходная термостойкость и электропроводность, аналогичная меди. Этот материал славится своими исключительными электрическими, термическими и механическими свойствами. Углеродные волокна производятся путем карбонизации различных волокон-предшественников, таких как полиакрилонитрил (ПАН), пек, вискоза или фенольные волокна. По форме их можно разделить на нити, короткие волокна и рубленые волокна, а по механическим свойствам - на универсальные и высокопроизводительные типы. Углеродные волокна общего назначения имеют предел прочности около 1000 МПа и модуль упругости около 100 ГПа. К высокопроизводительным углеродным волокнам относятся высокопрочные волокна (прочность 2000 МПа, модуль упругости 250 ГПа) и высокомодульные волокна (модуль свыше 300 ГПа). Волокна с прочностью более 4000 МПа называют сверхвысокопрочными, а с модулем выше 450 ГПа — сверхвысокомодульными.

Что такое Кевлар?

Кевлар, торговая марка компании Дюпон, представляет собой тип материала из арамидного волокна, известный своим желтым цветом и прочными свойствами. Химическое название кевлара — поли-пара-фенилентерефталамид, а его химическая формула состоит из повторяющихся единиц -[-СО-C6H4-КОНГ-C6H4-Нью-Хэмпшир-]-. Кевлар известен своей низкой плотностью, высокой прочностью, превосходной ударной вязкостью, устойчивостью к высоким температурам и непроводимостью, что упрощает обработку и формование. Его прочность в пять раз выше, чем у стали того же веса, но плотность составляет лишь одну пятую плотности стали (плотность кевлара составляет 1,44 г/см³ по сравнению с плотностью стали 7,859 г/см³). Это уникальное сочетание свойств сделало кевлар высоко ценимым, особенно в военных целях, где его называют"страж доспехов."

Сравнение механических свойств

• Углеродное волокно: Предел прочности при растяжении варьируется от 2 до 7 ГПа, модуль упругости от 200 до 700 ГПа. Его плотность варьируется от 1,5 до 2,0 г/см³, что во многом зависит от структуры прекурсора и температуры карбонизации. Графитизация при 3000 ℃ позволяет увеличить плотность до 2,0 г/см³.

• Кевлар: Прочность составляет примерно 3,6 ГПа, модуль упругости 131 ГПа и удлинение при разрыве 2,8%. Он выдерживает длительные температуры до 180 ℃, имеет коэффициент осевого теплового расширения -2 × 10^(-6)/К и теплопроводность 0,048 Вт/(м·К).

  
  

Ключевые характеристики кевларового волокна:

• Постоянная термостойкость и огнестойкость с предельным кислородным индексом (ЛОИ) более 28.

• Постоянные антистатические свойства.

• Устойчивость к кислотам, щелочам и органическим растворителям.

• Высокая прочность, стойкость к истиранию и устойчивость к разрыву.

• При горении не образует расплавленных капель или токсичных газов.

• Ткань утолщается под воздействием огня, улучшая свои герметизирующие свойства, не разрушаясь.

Стоит отметить, что цветные углеродные волокна, в том числе красные или разноцветные, обычно производятся путем добавления цветных пигментов в процессе производства. Это преобразование из черного углеродного волокна в цветное достижимо компаниями, специализирующимися на тканях и препрегах из углеродного волокна.

Понимая эти различия, вы сможете лучше оценить уникальные преимущества и возможности применения каждого материала.