Kevlar e fibra di carbonio sono la stessa cosa? Cosa distingue il Kevlar dalla fibra di carbonio?

Cos'è la fibra di carbonio?

La fibra di carbonio è un materiale fibroso di carbonio noto per il suo colore nero. Vanta una combinazione di proprietà tra cui elevata resistenza, bassa densità, eccellente resistenza alla corrosione, tolleranza al calore superiore e conduttività elettrica simile al rame. Questo materiale è celebre per le sue eccezionali proprietà elettriche, termiche e meccaniche. Le fibre di carbonio vengono prodotte attraverso la carbonizzazione di varie fibre precursori come il poliacrilonitrile (PAN), la pece, il rayon o le fibre fenoliche. Possono essere classificati in base alla loro forma in filamenti, fibre corte e fibre tagliate, o in base alle loro proprietà meccaniche in tipi per uso generale e ad alte prestazioni. Le fibre di carbonio per uso generale hanno una resistenza alla trazione di circa 1000 MPa e un modulo di circa 100 GPa. Le fibre di carbonio ad alte prestazioni includono fibre ad alta resistenza (resistenza 2000 MPa, modulo 250 GPa) e fibre ad alto modulo (modulo superiore a 300 GPa). Le fibre con resistenza superiore a 4000 MPa sono definite ad altissima resistenza, mentre quelle con moduli superiori a 450 GPa sono a modulo ultraelevato.

Cos'è il Kevlar?

Kevlar, un marchio di DuPont, è un tipo di materiale in fibra aramidica noto per il suo colore giallo e le sue proprietà robuste. Il nome chimico del Kevlar è poli-para-fenilene tereftalammide e la sua formula chimica è costituita da unità ripetitive di -[-CO-C6H4-CONH-C6H4-NH-]-. Il Kevlar è rinomato per la sua bassa densità, elevata resistenza, eccellente tenacità, resistenza alle alte temperature e non conduttività, che lo rendono facile da lavorare e modellare. La sua resistenza è cinque volte quella dell'acciaio dello stesso peso, ma la sua densità è solo un quinto dell'acciaio (la densità del Kevlar è 1,44 g/cm³ rispetto ai 7,859 g/cm³ dell'acciaio). Questa combinazione unica di proprietà ha reso il Kevlar molto apprezzato, soprattutto nelle applicazioni militari dove viene chiamato"guardiano dell'armatura."

Confronto delle proprietà meccaniche

• Fibra di carbonio: Il carico di rottura varia da 2 a 7 GPa, con un modulo di elasticità compreso tra 200 e 700 GPa. La sua densità varia da 1,5 a 2,0 g/cm³, largamente influenzata dalla struttura del precursore e dalla temperatura di carbonizzazione. La grafitizzazione a 3000℃ può aumentare la densità a 2,0 g/cm³.

• Kevlar: La resistenza è di circa 3,6 GPa, con un modulo di trazione di 131 GPa e un allungamento a frattura del 2,8%. Può resistere a temperature a lungo termine fino a 180 ℃, ha un coefficiente di espansione termica assiale di -2 × 10^(-6) /K e una conduttività termica di 0,048 W/(m·K).

  
  

Caratteristiche principali della fibra Kevlar:

• Resistenza al calore permanente e ritardante di fiamma, con un indice limite di ossigeno (LOI) superiore a 28.

• Proprietà antistatiche permanenti.

• Resistenza agli acidi, agli alcali e ai solventi organici.

• Elevata resistenza, resistenza all'abrasione e resistenza allo strappo.

• Non produce goccioline fuse o gas tossici quando brucia.

• Il tessuto si ispessisce quando esposto al fuoco, migliorando le sue proprietà di tenuta senza rompersi.

Vale la pena notare che le fibre di carbonio colorate, comprese le varianti rosse o multicolori, vengono generalmente prodotte aggiungendo pigmenti colorati durante il processo di produzione. Questa trasformazione dalla fibra di carbonio nera a quella colorata è realizzabile da aziende specializzate in tessuti e preimpregnati in fibra di carbonio.

Comprendendo queste differenze, è possibile apprezzare meglio i vantaggi e le applicazioni unici di ciascun materiale.