Skillnad mellan Kevlar och Carbon Fiber

De nyckelskillnad mellan Kevlar och kolfiber är det Kevlar innehåller väsentligen kväveatomer i sin kemiska struktur medan kolfibern inte innehåller kväveatomer och innehåller i huvudsak kolatomer i sin kemiska struktur.

Kevlar och kolfiber är två former av syntetfibrer. Båda dessa material har en hög styrka. Därför har de många tillämpningar inom textil och andra industrier. Låt oss diskutera mer information om dessa material.

INNEHÅLL

1. Översikt och nyckelskillnad
2. Vad är Kevlar
3. Vad är Carbon Fiber
4. Jämförelse vid sida vid sida - Kevlar vs Carbon Fiber i tabellform
5. Sammanfattning

Vad är Kevlar?

Kevlar är en stark syntetfiber med kemisk formel [-CO-C₆H₄-CO-NH-C₆H₄-NH-]_n. Det är välkänt för sitt värmebeständighet. Detta material är relaterat till flera andra polymerföreningar, såsom Nomex och Technora. I början av produktionen använde man materialet som ersättning för stål i racingdäck. Tillverkare definierar detta material som "fem gånger starkare än stål" när vi betraktar två lika stora delar av Kevlar och stål. Detta material är en super stark plast. Vi använder två former av monomerer för syntesen av detta polymermaterial. Monomererna är 1,4-fenylendiamin och tereftaloylklorid. Dessa monomerer genomgår kondensationsreaktioner. Det ger en biprodukt: HCl-syra-molekyler.

Figur 01: Kevlar kemiska struktur

Den resulterande polymeren har en flytande kristallin natur. Lösningsmedlet som tillverkaren använde för denna produktion är en blandning av N-metyl-pyrrolidon och kalciumklorid. Denna produktionsprocess använder koncentrerad svavelsyra för att hålla den vattenolösliga produkten (Kevlar) i lösningen tills produktionen slutar. Därför är detta material väldigt dyrt (eftersom vi använder koncentrerad svavelsyra för denna produktion). Detta material har en hög draghållfasthet, relativ densitet, på grund av de intermolekylära vätebindningarna. NH-grupperna i detta material bildar dessa vätebindningar. Det finns många användningar av detta material. Det är till exempel användbart vid tillverkning av cykeldäck, racesegel och skottsäkra västar.

Vad är Carbon Fiber?

Kolfiber är ett syntetiskt fibermaterial. Dessa fibrer har omkring 5-10 mikrometer diameter. Detta material innehåller huvudsakligen kolatomer. Detta material innehåller organiska polymerer som består av långa strängar av molekyler. Dessa strängar hålls samman av kolatomer. Tillverkare producerar huvudsakligen dessa fibrer från polyakrylonitril (PAN) -processen. I denna tillverkningsprocess ritar de råvarorna i långa trådar eller fibrer. Sedan kombinerar de dessa trådar med andra material för att få önskade former och storlekar. I PAN-processen finns fem huvudsteg:

Spinning - Här blandas blandningen av PAN och andra ingredienser i fibrer. Därefter tvättas och sträckas dessa fibrer.
Stabilisering - Här gör vi kemisk förändring för stabilisering av fiber.
Kolbonering - Här värmer vi den stabiliserade fibern till mycket höga temperaturer. Detta bildar tätt bundna kolkristaller.
Behandling av ytan - Sedan oxiderar vi ytan av fibrer för att förbättra egenskaperna.
Storleksanpassning - Vi använder spinningsmaskiner för att vrida fibrerna i olika storlekar av garn.

Tillämpningarna av detta material är inom rymd-, byggnads-, militär- och motorsport etc. Dessa fibrer är dock relativt dyra än andra fiberformer.

Vad är skillnaden mellan Kevlar och Carbon Fiber?

Kevlar är en stark syntetfiber som har den kemiska formeln [-CO-C₆H₄-CO-NH-C₆H₄-NH-]_n. Den innehåller väsentligen kväveatomer i sin kemiska struktur. Dessutom har den vätebindningar. Kolfiber är ett syntetfibermaterial och fibrerna har ca 5-10 mikrometer diameter. Den innehåller inte kväve och innehåller främst kolatomer i sin kemiska struktur. Dessa fibrer är bundna till varandra via kolatomer. Detta är den största skillnaden mellan Kevlar och Carbon fiber.

Sammanfattning - Kevlar vs Carbon Fiber

Kevlar och kolfiber är mycket viktiga syntetfibrer. Skillnaden mellan Kevlar och kolfiber är att Kevlar i huvudsak innehåller kväveatomer i sin kemiska struktur medan kolfiber inte innehåller kväveatomer och huvudsakligen innehåller kolatomer i sin kemiska struktur.

Referens:

1. "Kevlar." Wikipedia, Wikimedia Foundation, 3 juli 2018. Tillgänglig här
2. Johnson, Todd. "Hur är Carbon Fiber Made?" ThoughtCo, ThoughtCo. Tillgänglig här

Image Courtesy:

1.'Kevlar-3D-bollar'By Ben Mills och Jynto (Public Domain) via Commons Wikimedia

Polymerkemi