一文詳細對比碳纖維、芳綸纖維及玻璃纖維的11項特

1、拉伸強度

拉伸強度是指材料在拉伸之前能夠承受的最大應力。某些非脆性材料在破裂前會變形，但Kevlar?（芳綸）纖維、碳纖維和E-玻璃纖維易碎，并且?guī)缀鯖]有變形而破裂。拉伸強度以單位面積的力（Pa或Pascals）度量。

應力是力，應變是由于應力引起的撓度。下表顯示了三種常用增強纖維：碳纖維、芳綸纖維、玻璃纖維及環(huán)氧樹脂拉伸強度對比，值得注意的是這些數(shù)字僅供比較，它們可以隨制造工藝、環(huán)氧樹脂的成分、芳綸配方、碳纖維的前驅(qū)體纖維等變化，單位為MPa。

2、密度和強度重量比

當比較三種材料的密度時，就可以看到三種纖維的顯著差異。如果制作3個大小和重量完全相同的樣品，很快就會發(fā)現(xiàn)Kevlar?纖維要輕得多，碳纖維緊隨其后，E-玻璃纖維最重。

因此，對于相同重量的復合材料，碳纖維或Kevlar?可以獲得更高的強度。換句話說，用碳纖維或Kevlar?復合材料制成的任何需要給定強度的結(jié)構(gòu)，要比用玻璃纖維制成的結(jié)構(gòu)更小或更薄。

制作完樣品并進行測試后，會發(fā)現(xiàn)玻璃纖維復合材料的重量幾乎是Kevlar?或碳纖維層壓板的兩倍。這就意味著，使用Kevlar?或碳纖維可以節(jié)省很多重量。此特性稱為強度重量比。

3、楊氏模量

楊氏模量是彈性材料剛度的量度，是描述材料的一種方法。它定義為單軸（在一個方向上）應力與單軸應變（在同一方向上的變形）的比率。楊氏模量=應力/應變，也就是說楊氏模量高的材料比楊氏模量低的材料更硬。

碳纖維、Kevlar?和玻璃纖維的剛度差別很大。碳纖維的剛度約為芳綸纖維的兩倍，而剛度則比玻璃纖維高5倍。碳纖維出色剛度的缺點是，它往往更脆。當它失效時，它往往不會表現(xiàn)出太大的應變或變形。

4、易燃性和熱降解

Kevlar?和碳纖維均耐高溫，兩者都沒有熔點。兩種材料均已用于防護服和耐火的織物。玻璃纖維最終會融化，但也具有很高的耐高溫性。當然，磨砂玻璃纖維用于建筑物中也可以提高耐火性。

碳纖維和Kevlar?用于制造防護性的消防或焊接毯子或衣服。Kevlar手套通常用于肉類行業(yè)，以在使用刀時保護手。由于纖維很少單獨使用，因此基體（通常是環(huán)氧樹脂）的耐熱性也很重要。受熱后，環(huán)氧樹脂會迅速軟化。

5、電導率

碳纖維可以導電，但Kevlar?和玻璃纖維不導電。Kevlar?用于輸電塔中的拉線。盡管它不導電，但它可以吸收水，并且水確實可以導電。因此，在此類應用中，必須在Kevlar上施加防水涂層。

因為碳纖維可以導電，所以當它與其他金屬部件接觸時，電偶腐蝕就成為一個問題。

6、紫外線降解

芳綸纖維將在陽光和高紫外線環(huán)境下降解。碳纖維或玻璃纖維對紫外線輻射不是很敏感。但是，一些常用基體如環(huán)氧樹脂保留在陽光下，它將發(fā)白并且失去強度，聚酯和乙烯基酯樹脂對紫外線的耐受性更高，但比環(huán)氧樹脂要弱。

7、抗疲勞

如果零件反復彎曲和拉直，則最終會由于疲勞而失效。碳纖維對疲勞有些敏感，并且往往會災難性地失效，而相比之下Kevlar?更耐疲勞。玻璃纖維則介于兩者之間。

8、耐磨性

Kevlar?具有很強的耐磨性，這使得它難以切割。Kevlar?的常見用途之一是用作防護手套，用于可能被玻璃割傷手或使用鋒利的刀片的區(qū)域。碳纖維和玻璃纖維的抵抗力較弱。

9、耐化學性

芳綸纖維對強酸、強堿和某些氧化劑（例如次氯酸鈉）敏感，這些會導致纖維降解。普通的氯漂白劑（例如Clorox?）和過氧化氫不能與Kevlar?一起使用，氧漂白劑（例如過硼酸鈉）可以使用而不會損壞芳綸纖維。

碳纖維非常穩(wěn)定，對化學降解不敏感。但是，環(huán)氧基體會降解。

10、基體結(jié)合性能

為了使碳纖維、Kevlar?和玻璃發(fā)揮最佳性能，必須將它們在基體中（通常是環(huán)氧樹脂）保持在適當?shù)奈恢?。因此，環(huán)氧樹脂和各種纖維粘結(jié)在一起的能力至關(guān)重要。

碳纖維和玻璃纖維都可以很容易地粘在環(huán)氧上，但是芳綸纖維-環(huán)氧鍵的強度不如所愿，這種降低的粘附力使水滲透發(fā)生。結(jié)果，芳綸纖維易于吸水，加上對環(huán)氧樹脂的不理想粘合力，這意味著如果kevlar?復合材料的表面被損壞并且水可能進入，那么Kevlar?可能會沿著纖維吸收水分，并且削弱復合材料。

11、顏色和編織

芳綸的自然狀態(tài)為淺金色，它可以是彩色的，并且現(xiàn)在有許多不錯的色調(diào)。玻璃纖維也有彩色版本。碳纖維總是黑色的，可以將其與有色芳綸混紡，但其本身不能著色。

文章來源于碳纖維及其復合材料技術(shù) 

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