Базальтовые и арамидные волокно-усиленные пластики: передовые материалы для высокопроизводительных применений

Волокно-усиленные пластики (FRP) сочетают высокопрочные волокна с полимерными матрицами, давая композиты, превосходящие стандартные пластики по растяжной прочности, жесткости и теплостойкости. Прирост производительности диктуется свойствами волокна, химией матрицы, объемной долей волокна и ориентацией в матрице. Пока углеродное волокно доминирует в авто и авиа заголовках, другие волокна — базальт и арамид — предлагают уникальные преимущества для специфических применений. Эта статья исследует эти два семейства волокон и их роли в современных композитах.

Базальтовые волокна

Базальтовые волокна получают из вулканической породы, в частности минералов плагиоклаза, пироксена и оливина. Сырая базальт дробят, моют, плавят при ~1400 °C (2550 °F) и экструдируют через микродюзы для формирования непрерывных филаментов. Эти волокна исключительно тонкие и обладают отличной коррозионной стойкостью, высокой абразивной устойчивостью и врожденной огнеупорностью. Они сохраняют производительность при низких температурах и стабильны под УФ и электромагнитным излучением. До 1995 года базальтово-волокнистая технология, используемая в военных и авиа контекстах, была засекречена правительством США.

Растяжная прочность базальта превосходит и стекловолокно, и углеродное волокно, и лишь незначительно уступает стали. Кроме того, базальтовые композиты демонстрируют превосходную водостойкость и химическую стабильность. Их филаменты превышают дыхательный предел человека, делая базальт безопасной, огнеупорной альтернативой асбесту. Распространенные применения: автопанели, спортивные товары, корабльные корпуса, лопасти ветротурбин, армирование бетона, штативы камер.

Арамидные волокна

Арамидные волокна — синтетические ароматические полиамиды. Федеральная торговая комиссия определяет их как волокна, чей каркас содержит не менее 85% амидных связей, непосредственно присоединенных к двум ароматическим кольцам. DuPont впервые представила арамиды в 1965 году; они стали коммерчески доступны в 1973 году. Ведущие торговые марки: Kevlar®, Nomex®, Conex®, Nomax®, Arawin®, New Star®, X-Fiper®, Kermel®.

Kevlar® производится с использованием специализированной арамидной ткачества. Волокна устойчивы к коррозии и высоким температурам, остаются легкими и предлагают исключительную прочность и гибкость. У Kevlar нет точки плавления, но деградация начинается при 500 °C. Его молекулярная структура выравнивает связи вдоль оси волокна, давая превосходную прочность, гибкость и абразивную стойкость. Экспозиция хлору может деградировать материал.

Kevlar широко используется для пуленепробиваемых жилетов, бронежилетов, велосипедных рам, корпусов лодок, замены тормозных колодок. Nomex® применяется в огнезащитных костюмах, шлемах, перчатках. Арамидные волокна также встречаются в высокопроизводительном спортивном снаряжении: теннисные струны, хоккейные клюшки, беговые кроссовки, лыжи.

Другие неорганические армирующие волокна включают стекло, углерод и бор. Следите за предстоящим постом, освещающим эти материалы в глубине.

Вопросы? Дайте знать в комментариях ниже.

Ищете больше информации о высокопрочных пластиках? Скачайте наш бесплатный гайд.