יֶדַע

מאפיינים של חומרים מרוכבים סיבי ארמיד ויישומים שלהם

Jun 30, 2023 השאר הודעה

סיבי ארמיד הם קיצור של סיבי פוליאמיד ארומטיים, ישנן שתי קטגוריות עיקריות: האחת היא סיבי פוליטרפטאליל-p-פנילנדיאמין (PPDA), כגון Kevlar-49 של דופונט מארצות הברית, TwaronHM מחברת Enka ההולנדית , ארמיד 1414 של סין וכו'; הסוג השני הוא סיבי פוליפרבנאמיד (PBA), כגון Kevlar-29, Aramid 14 וכו'. Kevlar-49 הוא סיב אורגני שפותח על ידי DuPont בסוף שנות ה-60 של המאה ה-20 והוצא למסחר בשנות ה-70 של המאה ה-20. זהו סוג חדש של חומר בעל תכונות מצוינות כגון חוזק גבוה, מודולוס גבוה, עמידות בטמפרטורה גבוהה וצפיפות נמוכה. סיבי Kevlar-49 משמשים בעיקר בחלקים מרוכבים כגון תעופה, תעופה וחלל, בניית ספינות, ציוד רפואי ומוצרי ספורט. בשל ביצועיו המצוינים והייחודיות של טווח היישומים, תחום היישומים ימשיך להיות מקודם.

 

התכונות המכניות של סיבי ארמיד שונות מסיבים אורגניים אחרים בכך שחוזק המתיחה והמודול ההתחלתי שלהם גבוהים, בעוד שההתארכות שלהם נמוכה. לסיבי ארמיד תכונות מכניות מצוינות בסיבים אורגניים. השרשרת המולקולרית של ארמיד מורכבת מטבעות בנזן וקבוצות אמיד המסודרות בחוק מסוים. המיקום של קבוצת האמיד הוא במיקום הישר של טבעת הבנזן, ולכן לפולימר זה יש סדירות טובה, וכתוצאה מכך רמה גבוהה של גבישיות של סיבי ארמיד. שרשרת מולקולרית קשיחה זו מכוונת מאוד בכיוון הצירי של הסיבים, ואטומי המימן בשרשרת המולקולרית יתחברו עם קבוצות הקרבוניל של צמד האמידים בשרשרת המולקולרית האחרת ויצרו קשרי מימן, ויהפכו לקשר רוחבי בין מולקולות פולימר.

ניתן גם לראות שלקומפוזיטים Kevlar-49 ו-aramid 1414 יש יתרונות משמעותיים על פני חומרים מרוכבים מחוזקים בסיבי זכוכית מבחינת צפיפות וחוזק. בנוסף, כאשר מרוכבים חד-כיווניים של Kevlar-49 ו-aramid 1414 נבדקים במתח, עקומת המתח-מתח המתקבלת לפני השבר היא קו ישר, אך במבחן הדחיסה, הם אלסטיים במתח נמוך ופלסטיק במתח גבוה חומרים מרוכבים , Kevlar-49 ו-aramid 1414 תכונת דחיסה ייחודית זו דומה מאוד לקשיחות של מתכות ויש לה משמעות יישום מסוימת בתנאים ספציפיים.

 

סיבי ארמיד וסיבים אורגניים אחרים, כמו סיבי זכוכית, נשזרים בקלות למגוון בדים. השימוש בבדים אלו מביא נוחות רבה לתהליך היציקה המרוכבת, וסיבי ארמיד עיקריים משמשים בעיקר לחיזוק חומרים מרוכבים תרמופלסטיים כדי לשפר את חוזק השבירה של מרוכבים תרמופלסטיים. חומרים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבי סיכות, בעיקר בשל משיכת סיבי היסוד מחומר המטריצה. כאשר תכולת הסיבים קטנה למדי, ניתן להפוך את המטריצה ​​הרקיעה לקומפוזיט רקיע. ככל שתכולת הסיבים עולה, הקשיחות של החומר המרוכב עולה. על פי דיווחי נתונים, כאשר החומר המטריצה ​​מכיל 20% סיבי ארמיד, הוא יכול לשפר משמעותית את התכונות המכניות של המרוכב.

 

לחומרים מרוכבים של ארמיד יש תכונות דחיסה גרועות, כמחצית מאלו של חומרים מרוכבים של סיבי זכוכית. אם מוסיפים סיב נוסף לייצור קומפוזיט היברידי, ניתן לשפר משמעותית את עמידות הלחיצה שלו. מכיוון שמקדם ההתפשטות התרמית של סיבי ארמיד וסיבי פחמן קרוב מאוד, שני סיבים אלו מתאימים במיוחד לשימוש מעורב בפרופורציות שונות. החומרים המרוכבים המעורבבים עם ארמיד וגרפיט יכולים להתגבר על החסרונות העיקריים של המחיר הגבוה של חומרי גרפיט מרוכבים והשבר הפתאומי עקב קשיחות ירודה. Aramid מעורבב עם סיבי זכוכית, אשר יכול להתגבר על החסרונות של קשיחות ירודה של סיבי זכוכית מרוכבים. כאשר נתקלים בשימושים מיוחדים, ישנן דרכים רבות לערבב ולהשתמש בחומרים מרוכבים, אשר ניתן להתאים באופן סביר בהתאם לדרישות השימוש.

 

בנוסף, ערבוב של ארמיד ופחמן, בורון ושאר סיבים בעלי מודול גבוה יכול להשיג את חוזק הלחיצה הנדרש למבנה היישום, ותכונותיו הייחודיות אינן ניתנות להשוואה לחומרי חיזוק סיבים אחרים. לדוגמה, חומר היברידי המורכב מ-50% סיבי ארמיד ו-50% סיבי פחמן בעלי חוזק גבוה עם שרף אפוקסי הוא בעל חוזק כיפוף של יותר מ-620MPa. חוזק הפגיעה של החומר המרוכב לאחר הערבוב הוא בערך פי שניים מזה של סיבי פחמן בעלי חוזק גבוה בלבד, ואם מערבבים סיבי גרפיט בעל מודול גבוה, חוזק הפגיעה ישתפר מאוד.

 

שלח החקירה