Qual material é melhor, fibra de carbono, fibra de vidro ou aramida?
Diferenças significativas nas três fibras podem ser vistas quando as densidades dos três materiais são comparadas. Se você fizer 3 amostras exatamente do mesmo tamanho e peso, rapidamente ficará claro que a fibra Kevlar® é muito mais leve, seguida pela fibra de carbono e a fibra de vidro E a mais pesada.
Portanto, para o mesmo peso de material compósito, fibra de carbono ou Kevlar® pode alcançar maior resistência. Em outras palavras, qualquer estrutura que exija uma determinada resistência feita com fibra de carbono ou compósitos Kevlar® será menor ou mais fina do que uma estrutura feita com fibra de vidro.
Quando as amostras foram feitas e testadas, descobriu-se que o composto de fibra de vidro era quase duas vezes mais pesado que o Kevlar® ou os laminados de fibra de carbono. Isso significa que usar Kevlar® ou fibra de carbono pode economizar muito peso.
O módulo de Young é uma medida da rigidez de um material elástico e é uma forma de descrever um material. É definido como a razão entre a tensão uniaxial (em uma direção) e a deformação uniaxial (deformação na mesma direção). Módulo de Young=tensão/deformação, o que significa que um material com módulo de Young alto é mais duro do que um material com módulo de Young mais baixo.
Fibra de carbono, Kevlar® e fibra de vidro variam amplamente em rigidez. A fibra de carbono é cerca de duas vezes mais rígida que a fibra de aramida e cinco vezes mais rígida que a fibra de vidro. A desvantagem da rigidez superior da fibra de carbono é que ela tende a ser mais frágil. Quando falha, tende a não apresentar muita tensão ou deformação.
3. Inflamabilidade e degradação térmica
Tanto o Kevlar® quanto a fibra de carbono são resistentes a altas temperaturas e nenhum deles tem ponto de fusão. Ambos os materiais têm sido usados em roupas de proteção e tecidos resistentes ao fogo. A fibra de vidro eventualmente derreterá, mas também é altamente resistente a altas temperaturas. Obviamente, o uso de fibra de vidro fosco em edifícios também melhora a resistência ao fogo.
A fibra de carbono e o Kevlar® são usados para fazer mantas ou roupas de proteção contra incêndios ou soldagem. Luvas de Kevlar são comumente usadas na indústria de carnes para proteger as mãos ao usar facas. Como as fibras raramente são usadas sozinhas, a resistência ao calor da matriz (geralmente epóxi) também é importante. As resinas epóxi amolecem rapidamente quando expostas ao calor.
4. Condutividade
A fibra de carbono conduz eletricidade, mas o Kevlar® e a fibra de vidro não. Kevlar® é usado para cabos de sustentação em torres de transmissão. Embora não conduza eletricidade, absorve água, e a água conduz eletricidade. Portanto, em tais aplicações, um revestimento à prova d'água deve ser aplicado sobre o Kevlar.
Como a fibra de carbono conduz eletricidade, a corrosão galvânica se torna um problema quando entra em contato com outras peças de metal.
5. Degradação UV
As fibras de aramida se degradam sob a luz do sol e em ambientes com alta radiação UV. As fibras de carbono ou de vidro não são muito sensíveis à radiação UV. No entanto, alguns substratos comumente usados, como resina epóxi, ficarão esbranquiçados e perderão resistência se deixados à luz solar. As resinas de poliéster e vinil éster são mais resistentes aos raios UV, mas mais fracas que a resina epóxi.
6. Anti-fadiga
Se uma peça for dobrada e endireitada repetidamente, ela acabará falhando devido à fadiga. A fibra de carbono é um pouco sensível à fadiga e tende a falhar catastroficamente, enquanto o Kevlar® é mais resistente à fadiga. Fibra de vidro está em algum lugar no meio.
7. Resistência ao desgaste
O Kevlar® é muito resistente à abrasão, o que dificulta o corte. Um dos usos comuns do Kevlar® é como luvas de proteção em áreas onde as mãos podem ser cortadas por vidro ou onde lâminas afiadas são usadas. Fibra de carbono e fibra de vidro são menos resistentes.
8. Resistência química
As fibras de aramida são sensíveis a ácidos fortes, bases fortes e certos agentes oxidantes, como hipoclorito de sódio, que podem causar a degradação da fibra. Alvejantes de cloro comuns (como Clorox®) e peróxido de hidrogênio não podem ser usados com Kevlar®, alvejantes de oxigênio (como perborato de sódio) podem ser usados sem danificar as fibras de aramida.
As fibras de carbono são muito estáveis e insensíveis à degradação química. No entanto, a matriz epóxi se degradará.
9. Desempenho de colagem de matriz
Para que a fibra de carbono, o Kevlar® e o vidro tenham um desempenho ideal, eles devem ser mantidos no lugar em uma matriz, geralmente um epóxi. Portanto, a capacidade das resinas epóxi de se unirem a várias fibras é crítica.
As fibras de carbono e de vidro aderem facilmente ao epóxi, mas a ligação da fibra de aramida com o epóxi não é tão forte quanto o desejado, e essa adesão reduzida permite a penetração da água. Como resultado, as fibras de aramida tendem a absorver água, o que, combinado com uma adesão abaixo do ideal ao epóxi, significa que, se a superfície do composto Kevlar® for danificada e a água puder entrar, o Kevlar® pode absorver a umidade ao longo das fibras, e enfraquecer o material composto.
