Fibre continuă: Fibre aramidice
Fibrele aramidice sunt o clasă de fibre de poliamidă aromatică. Ele sunt fibre chimice obținute pe baza poliamidă lineară formatoare de fibre în care cel puțin 85% din grupul amidic este legat direct la două inele aromatice. Aceste fibre sunt caracterizate prin valori ridicate ale puterii, modul de elasticitate, rezistență la căldură și rezistență chimică. ei au devenit mai întâi cunoscut sub numele de „Kevlar“ de brand.
Obținerea și producția
polimeri formatori cu fibre de aramid sunt preparate prin policondensare în soluție la temperatură scăzută (5 la 10 ° C). Polimerul a fost preparat prin adăugarea unei soluții de reactanți cu agitare puternică. Polimerul este eliberat din soluția de alimentare ca un gel sau chips-uri, apoi se spală și se usucă.
Polimerul rezultat este dizolvat într-un acid puternic, de exemplu, în acid sulfuric concentrat. Din soluția de polimer extrudat printr-un fir din fibre și turnate filieră. temperatură 50. Molding 100 ° C Fibrele extrudate trec un mic întrefier (5-20 mm) și se încadrează într-o baie de precipitare cu apă rece (mai puțin de 4 ° C). Fibra este spălată, colectată de pe dispozitivul receptor și este uscat. La ieșirea din baie coagula fibrei poate fi supusă unui tratament suplimentar (desen, tratament termic), pentru a îmbunătăți caracteristicile sale mecanice. Proprietățile din fibre pot depinde de compoziția materiei prime, proprietățile solvenți utilizați, condițiile procesului de obținere de fibre și filamente filate condițiile de tratament termic.
fibra de Kevlar este un polimer cristalizabil. Structura chimică a fibrei este foarte orientată și rigiditate. Aceste caracteristici, în special, datorită prezenței în structura unui număr mare de inel aromatic (benzen). In structura sa, fibrele de Kevlar pot fi denumite polimeri reticulați.
lanț polimeric rigid sunt în stare extinsă și formează un ambalaj foarte densă a fibrelor în volumul care definește proprietățile mecanice ridicate ale tipului de fibră Kevlar. Caracterul cristalin al polimerului asigură o stabilitate termică ridicată a fibrelor și prezența inelelor aromatice în structura macromolecule determină stabilitatea chimică a fibrelor. Datorită structurii reticulară rigide a macromoleculelor aramidice fibre atunci când experiență nici o fază de tranziție, până la temperatura de descompunere termică încălzită.
Fibrele de kevlar sunt produse ca fire industriale de diferite densități liniare și structura. Numărul de filamente din filamente tipice pot varia 130-1000 la fabricarea țesăturilor și 5-100 în fabricarea de frânghii și funii. Kevlar este de asemenea disponibil sub formă de fire, șuvițe și țesuturi. Fibrele sunt opace, diametrul obișnuit de aproximativ 11 microni.
Proprietățile fibrelor aramide
filamente de aramid printre fibrele organice au cea mai mare performanță. Ele diferă în rezistența la flacără, căldură, solvenți organici, ulei și așa mai departe. N. Fibrele aramidice sunt mai fragile, în comparație cu fibrele de carbon și sticlă și adecvată pentru prelucrare în industria echipamentelor textile convenționale.
Fibrele aramidice sunt caracterizate prin valori superioare rezistență și modul de elasticitate între fibre organice.
O creștere a temperaturii conduce la scăderea în fibre aramide putere de la 3,5 la 2,7 GPa GPa. Fibre cu greu prezintă fluaj sub sarcină. În gama de sarcini de până la stres fractură dependenței tulpina este liniară. Proprietățile fibrelor aramide apreciabil afectate prin răsucirea filamentelor cu creșterea gradului de modul de torsiune și rezistența fibrelor reduse considerabil. Se crede că acest efect se datorează deteriorărilor suprafețelor prin răsucirea fibrelor. Această ipoteză este confirmată de rezultatele testelor la oboseală a fibrelor, care arată că fibra poate rezista la un număr mare de cicluri de încărcare, în cazul în care nu testa frecarea de suprafață. Cu o astfel de rezistență de frecare a fibrelor este foarte scăzută.
Efectul diferiților factori asupra proprietăților mecanice KM armat fibre aramide
Influența liant asupra proprietăților mecanice ale compozitului este determinată în principal de doi parametri: adeziunea și modul de elasticitate. Acești doi factori afectează tipul de rupere CM și, în cele din urmă, determină proprietățile de rezistență ale compozitului. lianti scăzute ale modulului nu sunt, de obicei în măsură să asigure echilibrarea încărcării între fibrele de armare pe parcursul întregului volum al compozitului. Fibrele individuale sunt deformate în mod independent unul față de celălalt. Distrugerea (gap) a fibrei în astfel de cazuri poate duce la o redistribuire semnificativă a sarcinii în vecinătatea sa și fibrele adiacente supratensiunilor. Ca urmare, în astfel de cazuri, se observă adesea un proces snowballing de distrugere a materialului. Concentrația medie a fibrei este scăzută în compozit.
În cazul în care combinația selectată de adeziune și modul de elasticitate permite aproximativ o distribuție uniformă a sarcinii între toate materialele din fibre, media (efectivă), puterea compozit va avea o valoare mai mare. De obicei, în practică, este posibil să pună în aplicare o anumită valoare medie a potențialului rezistența materialului.
Odată cu creșterea conținutului de volum al materialului de fibre este de obicei mai întâi crește rezistența și stabilizează sau chiar descrește atunci când atinge un anumit nivel de umplere.
O creștere a temperaturii determină o reducere a fibrelor de rezistență microplastics aramid. Scăderea temperaturii asupra proprietăților de rezistență practic nici un efect.
Compozitele stress-deformare pe bază de fibre aramide aproape de liniar. Incubarea probelor realizate din fibră aramid pe bază de compozit unidirecțională sub o sarcină constantă pentru o lungă perioadă de timp, însoțită de o creștere de deformare - fluaj. Odată cu creșterea nivelului de deformare a sarcinii datorită fluaj crește, și, uneori lungi de încărcare dependența tulpina devine liniară pentru o gamă largă de sarcini inițiale.
Rigiditatea și rezistența materialelor fibroase compozite (VCR) pe bază de fibre aramide în raport transversal pe direcția de încărcare armare semnificativ mai mică decât atunci când este încărcată în direcția de armare. Există diferite date privind caracteristicile compozitului în acest tip de încărcare, care depind de metoda de testare, dar toate arată că încărcarea în direcția transversală este dezavantajoasă în ceea ce privește utilizarea potențiale proprietățile de rezistență ale materialului.
Problema ridicării caracteristicilor materialului în încărcarea transversală este de obicei rezolvată prin adăugarea de fibre de ranforsare în compozit din alte specii, de exemplu, carbon sau sticlă. Selectarea fibrelor de carbon, datorită faptului că caracteristicile lor termice (coeficient de dilatare termică) similare celor din fibre aramide. Astfel de compozite sunt numite „hibrid“. compozite Kevlar-carbon au un cost mai mic și al fragilității mai scăzut în comparație cu carbon, ceea ce le face suficient de atractivă, în ciuda o oarecare reducere a rezistenței în comparație cu materiale de carbon.
O altă metodă de a crește proprietățile de performanță ale compozitelor unidirecționale - plus față de materialul principal de armare a fracțiunii de volum mic de fibre tăiate scurt (discontinue). Astfel de fibre sunt orientate în materialul este mai puțin omogenă în comparație cu fibrele lungi și asigură redistribuirea suplimentară a tensiunilor în materialul în vrac în afară de liant. Rezistența la tracțiune și modulul acestor materiale este de obicei mai mică decât cea a unidirecționale, dar lucrarea care trebuie cheltuite pentru distrugerea lor este mult mai mare (aproximativ jumătate).