คุณสมบัติและการใช้งานของวัสดุคอมโพสิตเส้นใยอะรามิด

เกี่ยวกับอะรามิดเส้นใยเป็นตัวย่อของเส้นใยโพลีอะไมด์อะโรมาติก มีสองประเภทหลัก: หนึ่งคือเส้นใย polyparaphenylene terephthalamide (PPDA) เช่น Kevlar - 49 ของ Dupont ในสหรัฐอเมริกา Twaronhm แห่ง Enka ในเนเธอร์แลนด์จีนเกี่ยวกับอะรามิด1414, ฯลฯ ; อีกอย่างคือเส้นใย polyparabenamide (PBA) เช่น Kevlar - 29, Aramid 14, ฯลฯ Kevlar - 49 เป็นเส้นใยอินทรีย์ที่ได้รับการพัฒนาโดย Dupont ในสหรัฐอเมริกาในช่วงปลายทศวรรษ 1960 และโฆษณาในปี 1970 นี่คือวัสดุชนิดใหม่ที่มีคุณสมบัติที่ยอดเยี่ยมเช่นความแข็งแรงสูงโมดูลัสสูงความต้านทานอุณหภูมิสูงและความหนาแน่นต่ำ Kevlar - 49 เส้นใยส่วนใหญ่ใช้ในวัสดุคอมโพสิตเช่นการบินการบินและอวกาศการต่อเรืออุปกรณ์การแพทย์และสินค้ากีฬา เนื่องจากประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยมและความพิเศษของช่วงแอปพลิเคชันฟิลด์แอปพลิเคชันจะได้รับการส่งเสริมต่อไป

คุณสมบัติเชิงกลของเส้นใยอะรามิดนั้นแตกต่างจากเส้นใยอินทรีย์อื่น ๆ ความต้านทานแรงดึงและโมดูลัสเริ่มต้นสูง แต่การยืดตัวของมันต่ำ เส้นใยอะรามิดมีคุณสมบัติเชิงกลที่ยอดเยี่ยมในหมู่เส้นใยอินทรีย์ ห่วงโซ่โมเลกุลของอะรามิดประกอบด้วยแหวนเบนซีนและกลุ่มเอไมด์จัดเรียงตามกฎบางอย่าง ตำแหน่งของกลุ่มเอไมด์ทั้งหมดอยู่ในตำแหน่งตรงของวงแหวนเบนซีนดังนั้นพอลิเมอร์นี้มีความสม่ำเสมอที่ดีส่งผลให้เกิดผลึกในระดับสูงของเส้นใยอะรามิด โซ่โมเลกุลรวมที่เข้มข้นนี้มีการมุ่งเน้นอย่างมากในแกนเส้นใยและอะตอมไฮโดรเจนบนโซ่โมเลกุลจะรวมกับกลุ่มคาร์บอนิลของคู่เอไมด์บนโซ่โมเลกุลอื่น ๆ เพื่อสร้างพันธะไฮโดรเจน

นอกจากนี้ยังสามารถเห็นได้ว่า Kevlar - 49 และ Kevlar 1414 คอมโพสิตมีข้อได้เปรียบอย่างมีนัยสำคัญเหนือคอมโพสิตเสริมเส้นใยแก้วในแง่ของความหนาแน่นและความแข็งแรง นอกจากนี้เมื่อทำการทดสอบ Kevlar - 49 และ Kevlar 1414 คอมโพสิตทิศทางเดียวในความตึงเครียดความเครียด - เส้นโค้งความเครียดก่อนที่จะแตกหักเป็นเส้นตรง แต่ในการทดสอบการบีบอัดพวกเขามีความยืดหยุ่นที่ความเครียดต่ำและมีความยืดหยุ่นที่ความเครียดสูง มันเป็นพลาสติก คุณสมบัติการบีบอัดที่เป็นเอกลักษณ์ของ Kevlar - 49 และวัสดุคอมโพสิตของเส้นใยอะรามิด 1414 นั้นคล้ายกับความเหนียวของโลหะมากและมีความสำคัญในการใช้งานบางอย่างภายใต้เงื่อนไขบางประการ

เกี่ยวกับอะรามิดเส้นใยและเส้นใยออร์แกนิกอื่น ๆ นั้นง่ายต่อการสานลงในผ้าที่หลากหลายเช่นเส้นใยแก้ว การใช้เนื้อผ้าเหล่านี้นำความสะดวกสบายอย่างมากในกระบวนการขึ้นรูปของวัสดุคอมโพสิตและเส้นใยหลักของอรามิดส่วนใหญ่จะใช้เพื่อเสริมสร้างคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเพื่อปรับปรุงความแข็งแรงในการแตกของคอมโพสิตเทอร์โมพลาสติก คอมโพสิตเทอร์โมพลาสติกเสริมเส้นใยสั้นส่วนใหญ่เกิดจากการสกัดเส้นใยสั้นจากวัสดุเมทริกซ์ เมื่อปริมาณเส้นใยมีขนาดค่อนข้างเล็กเมทริกซ์ดัดสามารถกลายเป็นวัสดุคอมโพสิตที่ยาก เมื่อปริมาณเส้นใยเพิ่มขึ้นความเหนียวของคอมโพสิตจะเพิ่มขึ้นตามลำดับ ตามรายงานข้อมูลเมื่อวัสดุเมทริกซ์มีเส้นใยอะรามิด 20% คุณสมบัติเชิงกลของวัสดุคอมโพสิตสามารถปรับปรุงได้อย่างมีนัยสำคัญ

ประสิทธิภาพการบีบอัดของคอมโพสิตอรามิดไม่ดีประมาณครึ่งหนึ่งของคอมโพสิตใยแก้ว หากมีการเพิ่มเส้นใยอื่นเพื่อสร้างวัสดุผสมไฮบริดประสิทธิภาพการอัดของมันจะดีขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ เนื่องจากค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนของเส้นใยอะรามิดและเส้นใยคาร์บอนอยู่ใกล้มากเส้นใยทั้งสองนี้จึงเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการผสมในสัดส่วนที่แตกต่างกัน วัสดุคอมโพสิตที่ผสมกับเส้นใยอะรามิดและกราไฟท์สามารถเอาชนะข้อเสียหลักของวัสดุคอมโพสิตกราไฟท์ราคาแพงและการแตกหักอย่างฉับพลันเนื่องจากความเหนียวไม่ดี การใช้เส้นใยอะรามิดและเส้นใยแก้วผสมสามารถเอาชนะข้อเสียของวัสดุคอมโพสิตใยแก้วที่ไม่ดี เมื่อเผชิญกับวัตถุประสงค์พิเศษมีหลายวิธีในการผสมและใช้วัสดุคอมโพสิตซึ่งสามารถจับคู่ได้อย่างสมเหตุสมผลตามข้อกำหนดการใช้งาน

นอกจากนี้การผสมของเส้นใยอะรามิดกับคาร์บอนโบรอนและเส้นใยโมดูลัสสูงอื่น ๆ สามารถรับแรงอัดที่จำเป็นสำหรับโครงสร้างแอปพลิเคชันและประสิทธิภาพที่ไม่ซ้ำกันนั้นไม่ตรงกันโดยวัสดุเสริมเส้นใยอื่น ๆ ตัวอย่างเช่นวัสดุไฮบริดประกอบด้วยเส้นใยอะรามิด 50% และสูง 50% - ความแข็งแรงคาร์บอนไฟเบอร์และอีพอกซีเรซินมีความแข็งแรงในการดัดมากกว่า 620MPa ความแข็งแรงของแรงกระแทกของวัสดุคอมโพสิตไฮบริดนั้นประมาณ 2 เท่าของคาร์บอนไฟเบอร์ความแข็งแรงสูง - ที่ใช้เพียงอย่างเดียว หากมีการใช้เส้นใยกราไฟท์สูง - โมดูลัสร่วมกันความแข็งแรงของแรงกระแทกจะได้รับการปรับปรุงอย่างมาก