Kevlarin ja hiilikuidun keskeinen ero on se, että Kevlarin kemiallinen rakenne sisältää pääosin typpiatomeja, kun taas hiilikuitu ei sisällä typpiatomeja ja sisältää pääasiassa hiiliatomeja kemiallisessa rakenteessaan.
Kevlar ja hiilikuitu ovat kaksi synteettisten kuitujen muotoa. Molemmilla näillä materiaaleilla on korkea lujuus. Siksi niillä on monia sovelluksia tekstiili- ja muilla teollisuudenaloilla. Keskustellaan näistä materiaaleista tarkemmin.
Mikä on Kevlar?
Kevlar on vahva synteettinen kuitu, jonka kemiallinen kaava on [-CO-C6H4-CO-NH-C 6H4-NH-]nSe on tunnettu lämmönkestävyydestään. Tämä materiaali on sukua useille muille polymeeriyhdisteille, kuten Nomex ja Technora. Sen tuotannon alkuaikoina ihmiset käyttivät tätä materiaalia kilparenkaiden teräksen korvikkeena. Valmistajat määrittelevät tämän materiaalin "viisi kertaa terästä vahvemmiksi", kun otetaan huomioon kaksi yhtä suurta osaa kevlaria ja terästä. Tämä materiaali on erittäin vahvaa muovia. Käytämme kahta monomeerimuotoa tämän polymeerimateriaalin synteesiin. Monomeerit ovat 1,4-fenyleenidiamiini ja tereftaloyylikloridi. Nämä monomeerit käyvät läpi kondensaatioreaktioita. Se tuottaa sivutuotteen: HCl-happomolekyylejä.
Kuva 01: Kevlarin kemiallinen rakenne
Saadun polymeerin luonne on nestekiteinen. Valmistajan tässä tuotannossa käyttämä liuotin on N-metyylipyrrolidonin ja kalsiumkloridin seos. Tässä tuotantoprosessissa käytetään väkevää rikkihappoa pitämään veteen liukenematon tuote (Kevlar) liuoksessa tuotannon loppuun asti. Siksi tämä materiaali on erittäin kallista (koska käytämme tähän tuotantoon väkevää rikkihappoa). Tällä materiaalilla on korkea vetolujuus, suhteellinen tiheys johtuen molekyylien välisistä vetysidoksista. Tämän materiaalin NH-ryhmät muodostavat nämä vetysidokset. Tälle materiaalille on monia käyttötarkoituksia. Siitä on hyötyä esimerkiksi polkupyöränrenkaiden, kilpapurjeiden ja luodinkestävän liivien valmistuksessa.
Mikä on hiilikuitu?
Hiilikuitu on synteettistä kuitumateriaalia, joiden halkaisija on noin 5-10 mikrometriä. Tämä materiaali sisältää pääasiassa hiiliatomeja. Tämä materiaali sisältää orgaanisia polymeerejä, jotka koostuvat pitkistä molekyylisarjoista. Näitä ketjuja pitävät yhdessä hiiliatomit. Valmistajat tuottavat nämä kuidut pääasiassa polyakryylinitriiliprosessista (PAN). Tässä valmistusprosessissa he vetivät raaka-aineet pitkiksi säikeiksi tai kuiduiksi. Sitten he yhdistävät nämä säikeet muihin materiaaleihin halutun muodon ja koon saamiseksi. PAN-prosessissa on viisi päävaihetta:
- Spinning – Tässä PAN:n ja muiden ainesosien seos kehrätään kuiduiksi. Sitten nämä kuidut pestään ja venytetään.
- Stabilointi – Täällä teemme kemiallisia muutoksia kuidun stabiloimiseksi.
- Karbonointi – Tässä lämmitämme stabiloidun kuidun erittäin korkeisiin lämpötiloihin. Tämä muodostaa tiukasti sitoutuneita hiilikiteitä.
- Pinnan käsittely – Sitten hapetamme kuitujen pinnan ominaisuuksien parantamiseksi.
- Kokomittaus – Käytämme kehruukoneita kuitujen kiertämiseen erikokoisiksi langoiksi.
Tämän materiaalin käyttökohteita ovat ilmailu-, maa- ja vesirakentaminen, sotilas- ja moottoriurheilu jne. Nämä kuidut ovat kuitenkin suhteellisen kalliita kuin muut kuitumuodot.
Mitä eroa kevlarilla ja hiilikuidulla on?
Kevlar on vahva synteettinen kuitu, jonka kemiallinen kaava on [-CO-C6H4-CO-NH-C 6H4-NH-]n Se sisältää olennaisesti typpiatomeja kemiallisessa rakenteessa. Lisäksi siinä on vetysidoksia. Hiilikuitu on synteettistä kuitumateriaalia ja kuitujen halkaisija on noin 5-10 mikrometriä. Se ei sisällä typpeä ja sisältää pääasiassa hiiliatomeja kemiallisessa rakenteessa. Nämä kuidut ovat sitoutuneet toisiinsa hiiliatomien kautta. Tämä on tärkein ero kevlarin ja hiilikuidun välillä.
Yhteenveto – Kevlar vs hiilikuitu
Kevlar ja hiilikuitu ovat erittäin tärkeitä synteettisiä kuituja. Ero Kevlarin ja hiilikuidun välillä on se, että Kevlar sisältää olennaisesti typpiatomeja kemiallisessa rakenteessa, kun taas hiilikuitu ei sisällä typpiatomeja ja sisältää pääasiassa hiiliatomeja kemiallisessa rakenteessa.
