碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的特性对比分析
新型材料的发现具有一定的偶然性,而想要找到性能突出的新型材料并不是一件容易的事情,碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维就经过了较长时间的研发。这3种新型材料的性能存在一些差异,因此适用的范围也各不相同。让我们来看看这3种材料的性能对比吧。

碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维的特性对比分析
1、拉伸强度:拉伸强度是材料在拉伸之前能够承受的最大应力的一个指标。碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维质地较脆,在应力超过极限时会发生破裂,拉伸强度就是3种材料性能对比的一个参考。拉伸强度以单位面积的力来衡量,这个力就是应力,应力引起的挠度成为应变,应力的单位通常为MPa。

2、密度和强度重量比:对比3种材料,最为直观的就是看密度,通过测量就能得出数据。其中玻璃纤维密度为2.66g/cm3,碳纤维为1.58g/cm3,芳纶纤维为1.44g/cm3,玻璃纤维密度最大,碳纤维和芳纶纤维较轻,相差较小。
强度重量比则是用强度数值比上密度数值,是直观对比3种材料性能的一种方式。看看上方的图片,其中玻璃纤维是564,碳纤维是1013,芳纶纤维是993。这意味着同样重量的3种材料,碳纤维和芳纶纤维的强度更大,同样如果想要3种材料达到相同的强度,玻璃纤维需要更大的体积才能实现。
3、杨氏模量:杨氏模量是弹性材料刚度的量度,指的是单轴应力与单轴应变的比率,杨氏模量 = 应力 / 应变,杨氏模量越高,材料本身质地越硬。经过测算,碳纤维的刚度为芳纶纤维的2倍,玻璃纤维的5倍。刚度越高,同时质地也会越脆。
4、易燃性和热降解:3种材料都可以耐一定的高温,碳纤维和芳纶纤维且2者没有熔点,可用于防护服和耐火的织物上,而玻璃纤维存在熔点。
5、电导率:石墨可以导电,这一点我们中学物理上就学过。碳纤维和石墨纤维都是含碳量95%以上的材料,因此导电性较好,而芳纶纤维和玻璃纤维则不具备导电性。碳纤维存在电偶腐蚀的问题,而芳纶纤维不导电,却可以吸收水,同样产生导电的效果。

6、紫外线降解:芳纶纤维在阳光下曝晒或在高紫外线下会发生降解的情况,碳纤维和玻璃纤维则不会。不同纤维通常会与树脂基体融合使用,如环氧树脂就在阳光下曝晒就容易发白且失去强度优势。
7、抗疲劳:零件或材料发福弯曲和拉直,容易发生疲劳而失效,碳纤维更容易发生疲劳而失效,芳纶纤维耐疲劳性更好,玻璃纤维处于两者之间。
8、耐磨性:芳纶纤维的耐磨性很出色,所以经常用于制作护具,如手套等,对比之下,碳纤维和玻璃纤维就差了很多。
9、耐化学性:碳纤维具备一定的耐化学性,不过树脂基体就不行了。芳纶纤维对面酸碱或氧化剂,容易出现降解的情况。
10、基体结合性能:碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维想要发挥性能优势,需要与树脂基体结合,纤维与树脂之间的粘合能力非常重要。拿环氧树脂来举例,碳纤维和玻璃纤维更容易与之结合,而芳纶纤维的表现就比较弱。
11、颜色区别:碳纤维自身为黑色,芳纶纤维自身为浅金色,且可着色,玻璃纤维可以着色,对颜色有特殊需求的情况下,芳纶纤维和玻璃纤维的选择性更多。不过随着研究的深入,碳纤维也可进行着色了。
碳纤维、芳纶纤维和玻璃纤维这3种材料对于工业发展来说,都贡献了巨大的使用价值,3种材料目前都还在使用当中。玻璃纤维发现较早,目前市场更为成熟,价格也更低,碳纤维和芳纶纤维性能上更强大,同时成本也更高。
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