Кое е по-пожароустойчиво? Въглеродни влакна VS. Арамид
Въведение
Що се отнася до областта на инженерството на материалите, има два материала, които са широко изследвани за тяхната якост и експлоатационни характеристики; въглеродни влакна и арамид. Тези два материала се използват широко в различни сфери, като се отличават със своята здравина, издръжливост и устойчивост на общо износване. В последно време има подчертан интерес към разбирането на огнеустойчивостта на тези материали и как се справят, когато са подложени на строги тестове. Въпреки че е установено, че и двата материала са силно устойчиви на огън, тази статия се стреми да проучи изчерпателно разликите между двата по отношение на техните огнеустойчиви свойства и работата на въглеродните влакна и арамида в различни ситуации.
Въглеродни влакна
Въглеродните влакна, известни също като графитни влакна, са популярно вещество, използвано широко в космическата индустрия, спортно оборудване, автомобилостроене и медицински приложения, наред с различни други области поради изключителната си издръжливост и здравина (Wang, Gao, & Cheng, 2016) . Въглеродните влакна се създават чрез полимеризиране на акрилонитрил в растения, където той се върти и се усуква в микрофиламенти, които след това се подлагат на карбонизация. Този процес включва подлагане на нишките на екстремни температури до 2400 градуса, което води до производството на чисти въглеродни атоми, подредени в структура на кристална решетка. Резултатът е материал, който се отличава с висока якост на опън, ниско термично разширение и висока устойчивост на химическа корозия (Wang, Gao, & Cheng, 2016).
Освен с изключителните си механични свойства, въглеродните влакна са известни със способността си да понасят високи температури. Счита се за стабилен до 400 градуса във въздуха и може да издържи до 1,000 градуса във вакуум, без да показва никакви признаци на повреда (Abdallah et al., 2018). Въпреки това, след като бъдат изложени на директен пламък, въглеродните влакна се разпадат, което обикновено води до топене или запалване. Това е така, защото при температури над 400 градуса, въглеродните атоми във въглеродните влакна реагират с атмосферния кислород, за да произведат въглероден оксид и диоксид, което води до изгаряне на материала.
Арамид
Арамидните влакна или арамидите са високоефективни синтетични влакна, използвани широко в различни приложения, които изискват висока якост, издръжливост и устойчивост на външни елементи. Най-често срещаният тип арамид е поли-р-фенилен терефталамид, по-известен като кевлар, въведен през 1971 г. от DuPont. арамидните влакна се произвеждат чрез полимеризиране на молекули с помощта на двуетапна реакция, която включва първо създаването на течнокристален полимер чрез разтваряне и предене във формата на влакна по-късно. Готовите влакна се отличават с висока якост на опън, ниско удължение при скъсване и устойчивост на абразия и удар (Zhou et al., 2018). Влакната са известни със своята изключителна термична стабилност и могат да издържат на температури до 300 градуса без повреда.
За разлика от въглеродните влакна, арамидните влакна също са забавящи горенето, характеристика, която ги поставя пред другите материали по отношение на устойчивост на огън. Когато арамидните влакна влязат в контакт с източник на топлина, те претърпяват процес, известен като ендотермично разграждане, което кара влакната да се разлагат, без да се отделят горими газове (Zhou et al., 2018). Поради липсата на запалими газове, скоростта на пренос на топлина към субстрата, когато арамидните влакна изпитват огън, е ниска, което води до намален интензитет и по-малко щети.
Сравнение: въглеродни влакна и арамид в огнеустойчивостта
Въпреки че въглеродните влакна и арамидните влакна са известни със своята здравина, издръжливост и устойчивост на външни елементи, те се различават, когато става дума за огнеустойчивост. Въглеродните влакна са склонни към топене или възпламеняване, когато са изложени на огън, докато арамидните влакна понасят топлина и пламък, което го прави идеален материал за приложения, включващи излагане на висока топлина (Jeong, Lee, & Kim, 2018). В допълнение, арамидните влакна показват изключителни механични свойства дори в най-суровите топлинни среди, което го прави предпочитан материал при производството на защитно оборудване във военната, индустриалната и противопожарната промишленост.
При оценката на огнеустойчивостта на материалите проучванията показват, че арамидните влакна се справят по-добре от въглеродните влакна в ситуации, които изискват защита от пожар. В проучване, проведено от Ли и колеги (2019), изследователите подлагат както въглеродните, така и арамидните влакна на различни нива на топлина, за да определят ефектите от излагането на топлина върху материалите. Проучването установи, че докато арамидните влакна не претърпяват значителни промени, когато са изложени на температури до 600 градуса, въглеродните влакна показват значително повърхностно топене, напукване и разширяване. По същия начин, в друго проучване, Jeong и колеги (2018) изследват огнеустойчивите свойства на двата материала с въглеродни влакна спрямо композити от арамидни влакна. Изследователите установиха, че композитът от арамидни влакна има по-добра устойчивост на пламък в сравнение с композита от въглеродни влакна.
Освен това арамидните влакна са по-иновативни по отношение на дизайнерските приложения от въглеродните влакна. Тъй като арамидните влакна са по своята същност забавящи горенето, материалът е много търсен в текстилната промишленост за различни приложения, включително противопожарни съоръжения, промишлени лични предпазни средства (PPE), външно облекло и палатки, наред с различни други. Въглеродните влакна не са естествено устойчиви на пламък и всички приложения, изискващи устойчивост на огън, като например компоненти на двигателя, изискват добавяне на матрици за постигане на устойчивост на пламък.
Заключение
Като цяло както въглеродните, така и арамидните влакна са изключителни материали, известни със своята здравина, издръжливост и изключителни експлоатационни характеристики. Въпреки че въглеродните влакна са възхвалявани за изключителните си механични свойства, техните огнеустойчиви свойства не са на същото ниво с това, което могат да предложат арамидните влакна. Арамидното влакно е известно със своята изключителна термична стабилност, забавяне на горенето и изключителни механични свойства, които го правят идеално за използване в сурови топлинни среди. Следователно, в приложения, изискващи висока производителност при висока температура, арамидните влакна са по-предпочитаният избор.
Препратки
