Sind Kevlar und Kohlefaser dasselbe? Was unterscheidet Kevlar von Kohlefaser?

Was ist Kohlefaser?

Kohlefaser ist ein faseriges Kohlenstoffmaterial, das für seine schwarze Farbe bekannt ist. Es zeichnet sich durch eine Kombination von Eigenschaften aus, darunter hohe Festigkeit, geringe Dichte, ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit, hervorragende Hitzetoleranz und eine elektrische Leitfähigkeit ähnlich der von Kupfer. Dieses Material ist für seine außergewöhnlichen elektrischen, thermischen und mechanischen Eigenschaften bekannt. Kohlenstofffasern werden durch Carbonisierung verschiedener Vorläuferfasern wie Polyacrylnitril (PAN), Pech, Rayon oder Phenolfasern hergestellt. Sie können nach ihrer Form in Filamente, Kurzfasern und Schnittfasern oder nach ihren mechanischen Eigenschaften in Allzweck- und Hochleistungstypen eingeteilt werden. Allzweck-Kohlenstofffasern haben eine Zugfestigkeit von etwa 1000 MPa und einen Modul von etwa 100 GPa. Zu den Hochleistungskohlenstofffasern zählen hochfeste Fasern (Festigkeit 2000 MPa, Modul 250 GPa) und Fasern mit hohem Modul (Modul über 300 GPa). Fasern mit Festigkeiten über 4000 MPa werden als ultrahochfest bezeichnet, Fasern mit Modulen über 450 GPa als ultrahochfest.

Was ist Kevlar?

Kevlar, ein Markenname von DuPont, ist ein Aramidfasermaterial, das für seine gelbe Farbe und seine robusten Eigenschaften bekannt ist. Der chemische Name für Kevlar lautet Polyparaphenylenterephthalamid und seine chemische Formel besteht aus wiederkehrenden Einheiten von -[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-. Kevlar ist bekannt für seine geringe Dichte, hohe Festigkeit, ausgezeichnete Zähigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Nichtleitfähigkeit, wodurch es sich leicht verarbeiten und formen lässt. Seine Festigkeit ist fünfmal so hoch wie die von Stahl mit dem gleichen Gewicht, seine Dichte beträgt jedoch nur ein Fünftel der von Stahl (die Dichte von Kevlar beträgt 1,44 g/cm³ im Vergleich zu 7,859 g/cm³ von Stahl). Diese einzigartige Kombination von Eigenschaften hat dazu geführt, dass Kevlar besonders bei militärischen Anwendungen, wo es genannt wird, sehr geschätzt wird"Rüstungswächter."

Vergleich der mechanischen Eigenschaften

• Kohlefaser: Die Zugfestigkeit reicht von 2 bis 7 GPa, mit einem Zugmodul zwischen 200 und 700 GPa. Seine Dichte variiert zwischen 1,5 und 2,0 g/cm³ und wird weitgehend von der Struktur des Vorläufers und der Karbonisierungstemperatur beeinflusst. Durch Graphitisierung bei 3000℃ kann die Dichte auf 2,0 g/cm³ erhöht werden.

• Kevlar: Die Festigkeit beträgt etwa 3,6 GPa, mit einem Zugmodul von 131 GPa und einer Bruchdehnung von 2,8 %. Es hält Langzeittemperaturen bis zu 180℃ stand, hat einen axialen Wärmeausdehnungskoeffizienten von -2 × 10^(-6) /K und eine Wärmeleitfähigkeit von 0,048 W/(m·K).

  
  

Hauptmerkmale der Kevlar-Faser:

• Dauerhafte Hitzebeständigkeit und Flammwidrigkeit, mit einem limitierenden Sauerstoffindex (LOI) von mehr als 28.

• Dauerhafte antistatische Eigenschaften.

• Beständigkeit gegen Säuren, Laugen und organische Lösungsmittel.

• Hohe Festigkeit, Abriebfestigkeit und Reißfestigkeit.

• Erzeugt beim Verbrennen keine geschmolzenen Tröpfchen oder giftige Gase.

• Der Stoff verdickt sich, wenn er Feuer ausgesetzt wird, und verbessert so seine Dichtungseigenschaften, ohne zu brechen.

Es ist erwähnenswert, dass farbige Kohlenstofffasern, einschließlich roter oder mehrfarbiger Varianten, typischerweise durch die Zugabe von Farbpigmenten während des Herstellungsprozesses hergestellt werden. Diese Umwandlung von schwarzer zu farbiger Kohlefaser ist durch Unternehmen möglich, die sich auf Kohlefasergewebe und Prepregs spezialisiert haben.

Wenn Sie diese Unterschiede verstehen, können Sie die einzigartigen Vorteile und Anwendungen jedes Materials besser einschätzen.