איזה חומר עדיף, סיבי פחמן, סיבי זכוכית או ארמיד?
ניתן לראות הבדלים משמעותיים בשלושת הסיבים כאשר משווים את הצפיפות של שלושת החומרים. אם אתה מכין 3 דגימות בדיוק באותו גודל ומשקל, מהר מאוד מתברר שסיבי Kevlar® הם הרבה יותר קלים, ואחריהם סיבי פחמן, וסיבי זכוכית E הם הכבדים ביותר.
לכן, עבור אותו משקל של חומר מרוכב, סיבי פחמן או Kevlar® יכולים להשיג חוזק גבוה יותר. במילים אחרות, כל מבנה הדורש חוזק נתון עשוי מסיבי פחמן או מרוכבים של Kevlar® יהיה קטן יותר או דק יותר ממבנה עשוי פיברגלס.
כאשר בוצעו ונבדקו דגימות, נמצא כי חומרי הפיברגלס היו כבדים כמעט פי שניים מאשר למינציה של Kevlar® או סיבי פחמן. המשמעות היא ששימוש ב- Kevlar® או בסיבי פחמן יכול לחסוך משקל רב.
מודול יאנג הוא מדד לקשיחות של חומר אלסטי והוא דרך לתאר חומר. הוא מוגדר כיחס בין מתח חד צירי (בכיוון אחד) למתח חד צירי (דפורמציה באותו כיוון). מודול יאנג=מתח/מתח, כלומר חומר עם מודול יאנג גבוה קשה יותר מחומר עם מודול יאנג נמוך יותר.
סיבי פחמן, Kevlar® ופיברגלס משתנים מאוד בקשיחות. סיבי פחמן נוקשים בערך פי שניים מסיבי ארמיד ופי חמישה יותר מסיבי זכוכית. החיסרון בקשיחות המעולה של סיבי פחמן הוא שהם נוטים להיות שבירים יותר. כאשר הוא נכשל, הוא נוטה לא להפגין מתח או עיוות רב.
3. דליקות והשפלה תרמית
גם Kevlar® וגם סיבי פחמן עמידים לטמפרטורות גבוהות, ולשניהם אין נקודת התכה. שני החומרים שימשו בביגוד מגן ובדים עמידים בפני אש. פיברגלס יימס בסופו של דבר אך הוא גם עמיד מאוד לטמפרטורות גבוהות. כמובן שגם שימוש בפיברגלס חלבי במבנים משפר את עמידות האש.
סיבי פחמן ו- Kevlar® משמשים לייצור כיבוי אש או ריתוך שמיכות או בגדים. כפפות קוולר משמשות בדרך כלל בתעשיית הבשר כדי להגן על הידיים בעת שימוש בסכינים. מכיוון שרק לעתים רחוקות משתמשים בסיבים לבד, גם עמידות החום של המטריצה (בדרך כלל אפוקסי) חשובה. שרפי אפוקסי מתרככים במהירות כאשר הם נחשפים לחום.
4. מוליכות
סיבי פחמן מוליכים חשמל, אבל Kevlar® ופיברגלס לא. Kevlar® משמש לחוטי חיבור במגדלי שידור. למרות שהוא אינו מוליך חשמל, הוא סופג מים, ומים כן מוליכים חשמל. לכן, ביישומים כאלה יש ליישם ציפוי עמיד למים על גבי קוולר.
מכיוון שסיבי פחמן מוליכים חשמל, קורוזיה גלוונית הופכת לבעיה כאשר היא באה במגע עם חלקי מתכת אחרים.
5. השפלת UV
סיבי ארמיד יתפרקו באור שמש ובסביבות UV גבוהות. סיבי פחמן או זכוכית אינם רגישים במיוחד לקרינת UV. עם זאת, כמה מצעים נפוצים כמו שרף אפוקסי ילבננו ויאבדו חוזק אם יישארו באור השמש. שרף פוליאסטר וויניל אסטר עמיד יותר לקרני UV אך חלש יותר משרף אפוקסי.
6. נגד עייפות
אם חלק מכופף ומיישר שוב ושוב, הוא ייכשל בסופו של דבר עקב עייפות. סיבי פחמן רגישים במידה מסוימת לעייפות ונוטים להיכשל בצורה קטסטרופלית, בעוד Kevlar® עמיד יותר לעייפות. פיברגלס נמצא איפשהו באמצע.
7. התנגדות ללבוש
Kevlar® עמיד מאוד בפני שחיקה, מה שמקשה על החיתוך. אחד השימושים הנפוצים של Kevlar® הוא ככפפות הגנה באזורים שבהם ניתן לחתוך ידיים על ידי זכוכית או בהם משתמשים בלהבים חדים. סיבי פחמן ופיברגלס פחות עמידים.
8. עמידות כימית
סיבי ארמיד רגישים לחומצות חזקות, לבסיסים חזקים ולחומרי חמצון מסוימים כמו נתרן היפוכלוריט, שעלול לגרום לפירוק סיבים. לא ניתן להשתמש בהלבנת כלור נפוצה (כגון Clorox®) ומי חמצן עם Kevlar®, ניתן להשתמש בהלבנת חמצן (כגון סודיום פרבוראט) מבלי לפגוע בסיבי הארמיד.
סיבי פחמן יציבים מאוד ואינם רגישים לפירוק כימי. עם זאת, מטריצת האפוקסי תתפרק.
9. ביצועי מליטה מטריצה
כדי שסיבי פחמן, Kevlar® וזכוכית יפעלו בצורה מיטבית, יש להחזיק אותם במקומם במטריצה, בדרך כלל אפוקסי. לכן, היכולת של שרפי אפוקסי להיקשר יחד עם סיבים שונים היא קריטית.
גם סיבי פחמן וגם סיבי זכוכית נדבקים לאפוקסי בקלות, אך הקשר בין סיבי ארמיד לאפוקסי אינו חזק כרצוי, והיצמדות מופחתת זו מאפשרת להתרחש חדירת מים. כתוצאה מכך, סיבי ארמיד נוטים לספוג מים, מה שבשילוב עם הדבקה פחותה מהאידיאלית לאפוקסי, פירושו שאם פני השטח של הקומפוזיט של Kevlar® ניזוקים ומים יכולים להיכנס פנימה, אז Kevlar® עשוי לספוג לחות לאורך הסיבים, ולהחליש את החומר המרוכב.
