Rozsdásodhat a szénszál?
A szénszál kémiailag stabil, korrózióálló és nem rozsdásodik. Ezért működik jól zord környezetben. De az erős oxidálószerek, például a hidrogén-peroxid vagy a kénsav hatással lehetnek rá.
Hasonlóképpen, az epoxigyanta semleges, nem rozsdásodik vagy korrodálódik. A napfényre viszont érzékeny. Ezért takarja be a szénszálas kompozitokat UV-álló bevonattal, hogy elkerülje a napfény hosszú távú károsodását.
Érdemes megjegyezni, hogy a szénszálas kompozitok bizonyos fémekkel érintkezve galvanikus korróziót okozhatnak. Bár rövid távon nem vezet nyilvánvaló felületi korrózióhoz, a korróziós termékek összeadódnak, és idővel károsodáshoz vezetnek. Szerencsére ehhez speciális feltételekre van szükség, és egyes bevonatok védelmet nyújtanak.
Eltörhet a szénszál?
A rövid válasz: igen. Bármilyen anyag meghibásodhat, de ez egy kicsit bonyolultabb ennél. Számos tényező, például a gyártási folyamat, a tervezés és a használat befolyásolja a tartósságot.
Például hézagok képződhetnek, és nagyobb valószínűséggel repednek meg, ha a gyártó egyenetlenül vagy nem eléggé alkalmazza a gyantát. Idővel ezek a kis repedések terjedhetnek, amíg el nem törik. Még a kisebb hatások is kudarchoz vezethetnek.
A szálak és a szálrétegek orientációja is jelentős hatással van a fáradásállóságra. Ahogy az alkalmazott erő típusa is. A nyomó-, nyíró- és feszítőerők különböző típusú meghibásodásokat okoznak.
A szőtt szál 0 fokos elrendezésben kisebb torziós szilárdsággal rendelkezik, mint például 45 fokban. Tehát eltörhet, ha megcsavarja.
A lényeg az, hogy ha egy adott alkatrésznél a terhelési küszöb alatt maradsz, az nem fog könnyen eltörni.
Ne feledje továbbá, hogy nehéz észlelni a károsodás jeleit, amelyek a közelgő meghibásodásra utalnak. Más hajlékony vagy csatoló anyagokkal ellentétben, amikor a szénszál meghibásodik, látványosan meghibásodhat és összetörhet.
ÖSSZEFÜGGŐ: Mi az a kovácsolt szénszál? A kovácsolt kompozitok végső útmutatója
Befolyásolják-e az időjárási viszonyok a szénszál tartósságát?
A szénszál alacsony hőtágulású. Tehát alakja, területe, térfogata vagy sűrűsége nem változik sokat a hőmérséklet változásaira reagálva. Ez nem jelenti azt, hogy hosszú távon immunis az időjárás hatásaira. Tanulmányok kimutatták, hogy az időjárási viszonyok kombinációi különböző körülmények között eltérő hatást gyakorolhatnak a szénszálra.
Fagyasztási-olvadási ciklusok
Az Építőmérnöki Kutatási Alapítvány megállapította, hogy a fagyás-olvadás ciklusok fenyegetik a szénszál tartósságát. Ezenkívül azt találták, hogy a fagyás-olvadás a szénszálas vasbetont jobban lebontja a sós vízben.
Nem feltétlenül a szénszál veszíti el integritását, hanem mikrorepedések keletkeznek a mátrixban és a szál/mátrix leválása. A hatások részben azért vannak, mert a szerkezeti ragasztó nem olyan fejlett, mint a többi szénszálas felhasználás.
Végül e hatások ellenére egy másik tanulmány szerint a szénszálas vasbeton tartósabb, mint a hagyományos beton.
Higrotermikus öregedés
A higrotermikus öregedés bizonyos alkalmazásokban hatással lehet a szénszál tartósságára, másokban azonban nem.
Mi a higrotermikus öregedés? A higrotermikus öregedés a hő és a nedvesség kombinációjára utal, és arra, hogy ez milyen hatást gyakorol a szerkezetre.
A hosszan tartó hőnek és nedvességnek való kitettség csekély hatással lehet a szénszál hajlítószilárdságára. De tartós terhelés mellett és sós víz jelenlétében a szakítószilárdság 7% és 12% között csökken.
Nedves-száraz ciklusok
Egy tanulmány azt mutatja, hogy a nedves-száraz ciklusok jelentős káros hatással lehetnek a szakítószilárdságra. 4000 nedves-száraz ciklus után a meghibásodás valószínűsége jelentősen megnő.
Ezzel szemben korlátozott hatással van a szénszál deformációjára.
UV expozíció és páralecsapódás
Az UV-sugárzás és a kondenzáció szinergikus módon működik, ami az epoximátrix erózióját okozza, de nem befolyásolja a szénszálat. Az epoxi erózió végső soron akár 29%-kal is csökkentheti a szakítószilárdságot, és csökkenti a tartósságot.
Mint említettük, az UV-álló felület segít megvédeni a szénszálas kompozitokat.
Összességében az időjárási viszonyok befolyásolják a szénszálat. De a hatás attól függ, hogyan használja. Például az időjárási viszonyok jelentősebb hatást gyakorolnak a szénszálas épületekre, mint a szénsavas kerékpárvázakra.
A szénszál ellenáll a hőnek?
A szénszálak ellenállnak a hőnek. A szénszálat azonban többnyire mátrixban, például betonban, műanyagban vagy epoxiban használják, ami korlátozhatja a hőtűrő képességét. Más szóval, a mátrix jelentősebb szerepet játszik abban, hogy egy szénszálas rész ellenáll-e a hőnek, mint a szál önmagában.
Például egyes epoxik akár 100 fokos (212 ℉) hőmérsékletet is elviselnek, míg a szénszál-erősítésű szénmátrix kompozit 2000 fok (3632 ℉) feletti hőmérsékletet is elvisel.
A Carbon Fiber golyóálló?
Elméletileg a szénszál megállíthatja a golyót, de a Kevlar® vagy más aramidszál nagyobb rugalmassággal és ütésállósággal rendelkezik. Emellett a Kevlar® egy költséghatékonyabb megoldás a golyóálló páncélokhoz.
A szénszál magas szintű védelmet nyújt bizonyos tárgyakkal szemben. Gyakran látni fogja, hogy a versenyautó-vezetők védelemként használják, mert eloszlatja az erők hatását. De ami a golyókat illeti, sok rétegre lesz szükséged, hogy megállítsd.
Tekintse meg ezt a videót, hogy megtudja, hogyan küzd a szénszálas kompozit a golyókkal szemben.
A szén nanocsövek azonban ellenállnak a golyóknak. A nanocsövek szénatomokból állnak, amelyeket ismétlődő hatszögletű mintázatok kötnek össze, hogy üreges hengert hozzanak létre. Ezek a nanocsövek jobban képesek elnyelni a ballisztikus rakétákból származó energiát, mint a szénszál, és bizonyos esetekben még a Kevlar® is.
A szénszál legalapvetőbb formája a széngrafit, amely gyakorlatilag örökké tart. Az anyag jellemzően nem fotodegradálható vagy biológiailag nem bomlik le. Néhány tényező azonban befolyásolja a tartósságát, például a mátrixa. Ezenkívül a kompozitok intenzív használata és a környezeti tényezők befolyásolhatják a tartósságát és a lehetséges alkalmazásokat. Általában a tudósok azt várják, hogy a szénszálas alkatrészek több mint 50 évig kitartanak.
