מאפיינים ויישומים של חומרים מורכבים של סיבי ארמיד

ארמידסיבים הם הקיצור של סיבי פוליאמיד ארומטיים. ישנם שני סוגים עיקריים: האחד הוא סיבים של polyparaphenylene terephthalamide (PPDA), כמו Kevlar - 49 של דופונט בארצות הברית, Twaronhm of Enka בהולנד, סיןארמיד1414 וכו '; השני הוא סיבים פוליפרבנאמיד (PBA), כמו Kevlar - 29, Aramid 14 וכו '. Kevlar - 49 הוא סיב אורגני שפותח בהצלחה על ידי דופונט בארצות הברית בסוף שנות השישים ומסחור בשנות השבעים. זהו סוג חדש של חומר עם תכונות מצוינות כמו חוזק גבוה, מודולוס גבוה, עמידות בטמפרטורה גבוהה וצפיפות נמוכה. Kevlar - 49 סיבים משמשים בעיקר בחומרים מורכבים כמו תעופה, תעופה וחלל, בניית ספינות, ציוד רפואי ומוצרי ספורט. בשל הביצועים המצוינים והמיוחד של טווח היישומים, שדה היישום ימשיך להיות מקודם.

התכונות המכניות של סיבי ארמיד שונות מסיבים אורגניים אחרים, חוזק המתיחה שלו ומודולוס הראשוני גבוה, אך התארכותו נמוכה. לסיבי ארמיד יש תכונות מכניות מצוינות בין סיבים אורגניים. השרשרת המולקולרית של ארמיד מורכבת מטבעות בנזן וקבוצות אמיד המסודרות על פי כללים מסוימים. עמדותיהן של קבוצות האמיד נמצאות במיקום ישר של טבעת הבנזן, ולכן לפולימר זה יש סדירות טובה, וכתוצאה מכך דרגה גבוהה של גבישות של סיבי הארמיד. השרשרת המולקולרית המצטברת הנוקשה הזו מכוונת מאוד בציר הסיבים, ואטומי המימן בשרשרת המולקולרית ישתלבו עם קבוצות הפחמן של זוגות האמיד על שרשראות מולקולריות אחרות ליצירת קשרי מימן, ויוצרים חיבור אופקי בין מולקולות פולימריות.

ניתן לראות גם כי לקבלאר - 49 ו- Kevlar 1414 מרוכבים יש יתרונות משמעותיים על פני מרוכבים מחוזקים של סיבי זכוכית מבחינת צפיפות וחוזק. בנוסף, בבדיקת Kevlar - 49 ו- Kevlar 1414 מרוכבים חד כיווניים במתח, עקומות המתח - המתח לפני השבר המתקבל הן קווים ישרים, אך בבדיקות דחיסה הם אלסטיים בלחצים נמוכים, והם אלסטיים בלחצים גבוהים. זה פלסטיות. תכונות הדחיסה הייחודיות של Kevlar - 49 ו- Aramid Fiber 1414 חומרים מורכבים דומים מאוד לקשיחות המתכות, ויש להם משמעות מסוימת של יישום בתנאים מסוימים.

ארמידסיבים וסיבים אורגניים אחרים קלים לארוג לבדים שונים כמו סיבי זכוכית. השימוש בבדים אלה מביא נוחות רבה לתהליך הדפוס של חומרים מורכבים, וסיבי היצירה של ארמיד משמשים בעיקר לחיזוק מרוכבים תרמופלסטיים לשיפור חוזק השבירה של מרוכבים תרמופלסטיים. מרוכבים תרמופלסטיים מחוזקים בסיבים קצרים נובעים בעיקר מהפלת סיבים קצרים מחומר המטריצה. כאשר תכולת הסיבים קטנה יחסית, ניתן להפוך את המטריצה ​​השמישה לחומר מורכב קשה. כאשר תכולת הסיבים גדלה, הקשיחות של המורכב עולה בהתאם. על פי דוחות נתונים, כאשר חומר המטריצה ​​מכיל 20% סיבי ארמיד, ניתן לשפר באופן משמעותי את התכונות המכניות של החומר המורכב.

הביצועים הדחיסה שלמרוכבים ארמידיםהוא גרוע, כחצי מזה של מרוכבים של סיבי זכוכית. אם מתווסף סיב נוסף לייצור חומר מורכב היברידי, ניתן לשפר משמעותית את ביצועי הדחיסה שלו. מכיוון שמקדמי ההתרחבות התרמית של סיבי ארמיד וסיבי פחמן קרובים מאוד, שני סיבים אלה מתאימים במיוחד לערבוב בפרופורציות שונות. החומר המורכב המעורב בסיבי ארמיד וגרפיט יכול להתגבר על החסרונות העיקריים של חומרים מורכבים גרפיט יקרים ושבר פתאומי בגלל קשיחות לקויה. השימוש המעורב בסיבי ארמיד וסיבי זכוכית יכול להתגבר על החיסרון של קשיחות לקויה של חומרים מורכבים של סיבי זכוכית. כאשר נתקלים במטרות מיוחדות, ישנן דרכים רבות לערבב ולהשתמש בחומרים מורכבים, אותם ניתן להתאים באופן סביר בהתאם לדרישות השימוש.

בנוסף, ערבוב של סיבי ארמיד עם פחמן, בורון וסיבי מודולוס גבוהים אחרים יכול להשיג את חוזק הדחיסה הנדרש למבנה היישום, והביצועים הייחודיים שלו אינם תואמים על ידי חומרים מחוזקים אחרים של סיבים. לדוגמה, חומר היברידי המורכב מ -50% סיבי ארמיד וגובה 50% - סיבי פחמן וחוזק שרף אפוקסי הוא בעל חוזק כיפוף של יותר מ- 620MPA. חוזק ההשפעה של החומר המורכב ההיברידי הוא בערך פי 2 מזה של סיבי פחמן גבוהים - חוזק המשמשים לבד. אם משתמשים בסיבי הגרפיט הגבוה - המודולוס בשילוב, חוזק ההשפעה ישופר מאוד.