Apa Perbedaan Antara Kevlar® dan Serat Karbon?

‍

Kevlar

Apa yang Anda pikirkan ketika mendengar nama Kevlar? Kebanyakan orang berpikir tentang Rompi Anti Peluru. Anda mungkin tidak mengira DuPont™, tetapi bahan ini dikembangkan oleh DuPont™ pada tahun 1964 oleh ahli kimia Polandia-Amerika Stephanie Kwolek.

Tahukah Anda bahwa Kevlar memiliki sejumlah kegunaan yang berbeda di berbagai industri? Anda dapat menemukannya di aplikasi sehari-hari seperti:

- Ban untuk mobil dan sepeda

- Pelat untuk beban

- Layar dan tali

- Sarung tangan, kaus kaki, dan koper

- Sepatu bot kerja

- Bantalan rem

- Alat pelindung

- Sealant

Kevlar merupakan serat sintetis yang termasuk dalam kelompok serat aramid yang tahan panas. Kevlar dan Nomex adalah bagian dari grup ini. Serat sintetis adalah serat yang disintesis melalui sintesis kimia, berbeda dengan serat alami yang berasal dari organisme hidup. Serat sintetis dibuat dengan mengekstrusi bahan pembentuk serat melalui pemintal, membentuk serat.

Kevlar memiliki tipe modulus tinggi yang digunakan terutama dalam kabel serat optik, pemrosesan tekstil, tali, kabel, penguat plastik dan aplikasi komposit untuk dirgantara, otomotif, pertahanan, energi, konsumen, elektronik, medis, dan industri berat untuk beberapa nama. Komando Teknik Fasilitas Angkatan Laut mengeksplorasi kemampuan tali Kevlar untuk digunakan dengan rekayasa dan konstruksi kelautan, menghasilkan desain dan aplikasi inovatif yang disediakan oleh kekuatan tarik dan daya apung yang luar biasa dari Kevlar. Serat kevlar memiliki kekuatan tarik yang sebanding dengan serat karbon, modulus antara serat kaca dan serat karbon dan kepadatan lebih rendah dari keduanya.

Kevlar aramid digunakan untuk aplikasi komposit kinerja tinggi di mana ringan, kekuatan dan kekakuan tinggi, ketahanan terhadap kerusakan, dan ketahanan terhadap kelelahan dan pecahnya tegangan adalah penting. Markforged menemukan bahwa memperkuat Onyx, Onyx FR, dan bahkan Nylon White dengan Kevlar memungkinkan para insinyur dan perancang suku cadang untuk membuat suku cadang yang sangat serbaguna. Kevlar dapat mengalami perubahan signifikan dalam lingkungan bersuhu rendah, serendah 320 ° F (-196 ° C) dan tidak menunjukkan penggetasan atau degradasi, dan lingkungan dengan radiasi elektron, karena radiasi elektron tidak berbahaya bagi Kevlar. Namun, Kevlar sensitif terhadap sinar UV (ultraviolet).

Desainer dapat mengembangkan bagian yang aman, kuat, kaku, ringan, dan toleran terhadap lingkungan, aplikasi, dan kondisi pemuatan dengan mencetak dengan serat kontinu. Dengan merancang bagian-bagian dengan proses CFF (Continuous Filament Fabrication) desainer dapat memanfaatkan kekuatan tarik Kevlar (peregangan atau penarikan) yang lebih dari delapan kali lebih besar daripada kawat baja.

Penguatan dengan CFF memungkinkan desainer mana pun untuk membuat komponen komposit dengan kekuatan logam, meningkatkan daya tahan komponen (seumur hidup) dan mengoptimalkan kekuatan komponen di tempat yang paling membutuhkannya. Kevlar juga memiliki rentang deformasi plastis yang sangat panjang dan ketika gagal ia melakukannya satu untai pada satu waktu dan bahkan akan menekuk atau jatuh alih-alih patah. Ini memiliki mode kegagalan yang jauh lebih dapat diprediksi dan dimaafkan dibandingkan dengan serat lain seperti serat karbon.

Sifat unik serat Kevlar:

- Peregangan sangat rendah

- Kekuatan tarik tinggi

- Rasio kekuatan-terhadap-berat yang sangat tinggi

- Ketahanan lelah yang sangat baik

- Performa bagus pada rentang suhu yang besar

- Tidak meleleh; akan terurai pada 800 °F - 900 °F (427 °C hingga 482 °C)

- Creep rendah

- Tidak ada penyusutan

- Stabilitas kimia yang baik

- Sangat tahan abrasi

- Kuat lemah pada arah melintang (lemah pada kuat tekan)

- Mode kegagalan paling fatal dari semua filamen Markforged

Resistensi Dampak

Kevlar 8x lebih tahan benturan daripada ABS namun tetap 15-20% lebih ringan dari serat penguat kami yang lain.

Kekuatan lentur

Dalam pembengkokan tiga titik, Kevlar yang dicetak 3D 3x lebih kuat dari ABS dan 6x lebih kuat dari nilon.

Kekakuan lentur

Kevlar cetak 3D 12x lebih kaku dari ABS dan 30x lebih kaku dari nilon.

Kevlar memiliki daya tahan yang sangat baik, sehingga optimal untuk suku cadang yang mengalami pembebanan berulang dan tiba-tiba. Sekaku fiberglass dan jauh lebih ulet, dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi yang disesuaikan untuk pembuatan aditif, seperti:

- Alas kaki atletik

- Robotika dan buaian

- Efektor/gripper akhir

- Casing smartphone, barang elektronik pribadi

- Suku cadang yang dirancang untuk digerakkan oleh hidrolik atau pneumatik

- Alat pelindung, helm; pertempuran, sepeda motor

- Tuas rem, klem, dudukan

- Perlengkapan, perkakas, workholding, rahang lunak

- Roda gigi, kunci pas, drone

- Perlengkapan &aksesori olahraga, carabiner

- Suku cadang penggunaan akhir, produk konsumen, dll...

Grippers Dixon Valve dicetak dengan Onyx dan diperkuat dengan Kevlar. Bahan harus cukup kuat untuk mentransmisikan gaya penjepit, tahan lama melalui siklus pemuatan berulang, dan tidak merusak katup.

Komposit dalam pencetakan 3D memanfaatkan kekuatan tekan matriks plastik — struktur pendukung yang terdiri dari sebagian besar volume bagian — dan kekuatan tarik serat yang disematkan. Kedua bahan ini saling bergantung:tanpa serat, bagian plastik hanya sekuat daya rekat di dalam dan di antara untaian plastik yang diekstrusi. Tanpa matriks, serat tidak memiliki struktur dan karenanya tidak akan mempertahankan bentuknya. Matriks menciptakan ruang sehingga serat memiliki lengan tuas untuk menstabilkan terhadap beban. Ketika digabungkan, mereka bersinergi untuk membentuk komposit dengan kekuatan yang lebih besar baik dalam kompresi dan ketegangan daripada yang dapat ditawarkan secara individual. Ini berlaku untuk semua serat kami; Kevlar, serat karbon, fiberglass, dan fiberglass HSHT.

Sekarang, mari kita jelajahi pemahaman kita tentang serat karbon lebih jauh.

Serat Karbon

Filamen serat karbon terdiri dari atom karbon yang disusun menjadi struktur kristal. Karena kekakuan dan kekuatannya yang sangat tinggi, banyak digunakan dalam industri dirgantara dan otomotif. Ini memiliki salah satu rasio kekuatan-terhadap-berat tertinggi yang pernah ada — lebih tinggi dari baja dan titanium.

Baca Panduan Desain Komposit gratis kami

Rasio kekuatan terhadap berat

Dibandingkan dengan aluminium 6061, serat karbon cetak 3D memiliki rasio kekuatan-terhadap-berat 50% lebih tinggi dalam lentur dan 300% lebih tinggi dalam tegangan.

Kekuatan Lentur

Dalam pelengkungan tiga titik, serat karbon cetak 3D kami 8x lebih kuat dari ABS dan 20% lebih kuat dari hasil aluminium.

Kekakuan Lentur

Filamen serat karbon cetak 3D 25x lebih kaku dari ABS dan 2x lebih kaku daripada serat penguat Markforged lainnya.

Karakteristik bahan serat karbon:

• Serat karbon cetak 3D yang ditandai sama dengan kekuatan luluh 6061 Aluminium
• Gagal pada tegangan yang sama Aluminium mulai mengalami deformasi plastis.
• Serat karbon akan kembali ke bentuk semula setelah beban dihilangkan sementara Aluminium mengalami deformasi plastis
• Kekakuan tinggi dan kekuatan terhadap berat yang tinggi
• Konduktif terhadap listrik
• Korosi dan tahan panas
• Kaku sampai patah (kegagalan terjadi secara tiba-tiba dan tidak dapat diprediksi)
• Pemuatan ideal adalah konstan - mendukung gaya yang diketahui sepanjang waktu.
  

Sifat serat karbon yang luar biasa memungkinkannya untuk digunakan sebagai pengganti logam dalam aplikasi di mana penghematan berat sangat penting. Setiap industri sekarang memiliki kemampuan untuk memanfaatkan CFF dengan serat karbon dan mencetak bagian yang sangat kuat. Generative Design juga menawarkan keuntungan bila dikombinasikan dengan Markforged CFF yang memungkinkan desainer untuk mengeksplorasi beberapa solusi yang dioptimalkan dan memiliki kemampuan untuk memilih desain terbaik yang disesuaikan untuk penggunaannya dari perspektif desain dan kekuatan.

Serat karbon dapat digunakan untuk berbagai macam aplikasi; kedirgantaraan, otomotif, arsitektur dan konstruksi, barang konsumsi, medis, energi, pertahanan, elektronik, mesin industri, dll. yang disesuaikan untuk manufaktur aditif dan daftar ini tidak ada habisnya, jadi ini beberapa di antaranya:

• Robot dan lengan robot
• Efektor ujung, gripper, dan rahang lembut
• Perlengkapan inspeksi, perlengkapan las, dan perlengkapan CMM
• Alat pembentuk
• Sepeda dan komponennya
• Aplikasi motorsport kelas atas

Lihat kasus penggunaan Haddington Dynamics, lengan robot cetak 3D yang diperkuat dengan filamen serat karbon kontinu, kaku dan cukup ringan untuk lengan robotik yang memiliki presisi 50 mikron. Dengan menggunakan printer 3D serat karbon, perusahaan dapat mengurangi jumlah suku cadang dari 800 menjadi kurang dari 70.

Hubungi kami untuk bantuan atau saran lebih lanjut tentang serat penguat yang paling tepat untuk aplikasi Anda. Minta sampel Kevlar atau serat karbon hari ini.