Mana Lebih Tahan Api? Serat Karbon VS. Aramid
pengenalan
Apabila ia datang kepada bidang kejuruteraan bahan, terdapat dua bahan yang telah dikaji secara meluas untuk ciri kekuatan dan prestasinya; serat karbon dan aramid. Kedua-dua bahan ini digunakan secara meluas dalam pelbagai sfera, membezakan diri mereka dengan kekuatan, ketahanan, dan ketahanan terhadap haus dan lusuh umum. Sejak kebelakangan ini, terdapat minat yang ketara untuk memahami prestasi tahan api bahan-bahan ini dan bagaimana ia berfungsi apabila melalui ujian yang ketat. Walaupun kedua-dua bahan telah didapati sangat tahan terhadap api, artikel ini berusaha untuk mengkaji secara menyeluruh perbezaan antara kedua-duanya berkenaan dengan sifat rintangan api mereka dan prestasi gentian karbon dan aramid dalam situasi yang berbeza.
Serat Karbon
Gentian karbon, juga dikenali sebagai gentian grafit, ialah bahan popular yang digunakan secara meluas dalam industri aeroangkasa, peralatan sukan, automotif, dan aplikasi perubatan, antara pelbagai bidang lain kerana ketahanan dan kekuatannya yang luar biasa (Wang, Gao, & Cheng, 2016) . Gentian karbon dicipta dengan mempolimerkan akrilonitril dalam tumbuhan di mana ia diputar secara elektro dan dipintal menjadi mikrofilamen, yang kemudiannya mengalami pengkarbonan. Proses ini melibatkan penundukan filamen kepada suhu melampau sehingga 2,400 darjah, yang membawa kepada penghasilan atom karbon tulen yang disusun dalam struktur kekisi kristal. Hasilnya ialah bahan yang mempunyai kekuatan tegangan tinggi, pengembangan haba yang rendah dan rintangan yang tinggi terhadap kakisan kimia (Wang, Gao, & Cheng, 2016).
Selain daripada sifat mekanikalnya yang luar biasa, gentian karbon terkenal dengan keupayaannya untuk bertolak ansur dengan suhu tinggi. Ia dianggap stabil sehingga 400 darjah di udara dan boleh bertahan sehingga 1,000 darjah dalam vakum tanpa menunjukkan sebarang tanda kerosakan (Abdallah et al., 2018). Walau bagaimanapun, apabila terdedah kepada nyalaan langsung, gentian karbon terurai, biasanya mengakibatkan pencairan atau pencucuhan. Ini kerana pada suhu melebihi 400 darjah, atom karbon dalam gentian karbon bertindak balas dengan oksigen atmosfera untuk menghasilkan karbon monoksida dan dioksida, yang membawa kepada pembakaran bahan.
Aramid
Gentian Aramid atau aramid ialah gentian sintetik berprestasi tinggi yang digunakan secara meluas dalam pelbagai aplikasi yang memerlukan kekuatan tinggi, ketahanan dan ketahanan terhadap unsur luaran. Jenis aramid yang paling biasa ialah poly-p-phenylene terephthalamide, lebih dikenali sebagai Kevlar, yang diperkenalkan pada tahun 1971 oleh DuPont. gentian aramid dihasilkan dengan pempolimeran molekul menggunakan tindak balas dua langkah yang merangkumi pertama penciptaan polimer kristal cecair melalui pelarutan dan berputar ke dalam bentuk gentian kemudian. Gentian siap dibezakan oleh kekuatan tegangannya yang tinggi, pemanjangan rendah semasa putus, dan ketahanan terhadap lelasan dan hentaman (Zhou et al., 2018). Gentian ini terkenal dengan kestabilan haba yang luar biasa dan boleh menahan suhu sehingga 300 darjah tanpa kerosakan.
Tidak seperti gentian karbon, gentian aramid juga kalis api, satu ciri yang meletakkannya di hadapan bahan lain dari segi ketahanan api. Apabila gentian aramid bersentuhan dengan sumber haba, ia mengalami proses yang dikenali sebagai degradasi endotermik, yang menyebabkan gentian tersebut terurai tanpa melepaskan sebarang gas mudah terbakar (Zhou et al., 2018). Disebabkan ketiadaan gas mudah terbakar, kadar pemindahan haba ke substrat apabila gentian aramid mengalami kebakaran adalah rendah, mengakibatkan keamatan berkurangan dan kerosakan yang lebih rendah.
Perbandingan: Serat Karbon dan Aramid dalam Ketahanan Api
Walaupun gentian karbon dan gentian aramid kedua-duanya terkenal dengan kekuatan, ketahanan dan ketahanannya terhadap unsur luaran, ia berbeza dalam hal ketahanan api. Gentian karbon terdedah kepada lebur atau pencucuhan apabila terdedah kepada api, manakala gentian aramid bertolak ansur dengan haba dan nyalaan, menjadikannya bahan yang sesuai untuk aplikasi yang melibatkan pendedahan haba yang tinggi (Jeong, Lee, & Kim, 2018). Selain itu, gentian aramid mempamerkan sifat mekanikal yang luar biasa walaupun dalam persekitaran haba yang paling keras, menjadikannya bahan pilihan dalam pembuatan peralatan perlindungan dalam industri ketenteraan, perindustrian dan memadam kebakaran.
Dalam menilai prestasi tahan api bahan, kajian menunjukkan bahawa gentian aramid lebih baik daripada gentian karbon dalam situasi yang memerlukan perlindungan daripada kebakaran. Dalam kajian yang dijalankan oleh Li dan rakan sekerja (2019), para penyelidik menundukkan kedua-dua gentian karbon dan aramid kepada julat tahap haba untuk menentukan kesan pendedahan haba pada bahan tersebut. Kajian mendapati bahawa walaupun gentian aramid tidak mengalami sebarang perubahan ketara apabila terdedah kepada suhu sehingga 600 darjah , gentian karbon menunjukkan pencairan permukaan yang ketara, retak dan pengembangan. Begitu juga, dalam kajian lain, Jeong dan rakan sekerja (2018) menyiasat sifat tahan api kedua-dua bahan dengan gentian karbon berbanding komposit gentian aramid. Para penyelidik mendapati bahawa komposit gentian aramid mempunyai rintangan api yang unggul berbanding komposit gentian karbon.
Tambahan pula, gentian aramid lebih inovatif dari segi aplikasi reka bentuk berbanding gentian karbon. Memandangkan gentian aramid sememangnya kalis api, bahan tersebut sangat dicari dalam industri tekstil untuk pelbagai aplikasi, termasuk peralatan memadam kebakaran, peralatan perlindungan peribadi industri (PPE), pakaian luar dan khemah, antara pelbagai yang lain. Gentian karbon tidak tahan api secara semula jadi, dan sebarang aplikasi yang memerlukan rintangan api, seperti komponen enjin, memerlukan penambahan matriks untuk mencapai rintangan api.
Kesimpulan
Secara keseluruhannya, kedua-dua gentian karbon dan gentian aramid adalah bahan luar biasa yang terkenal dengan kekuatan, ketahanan dan ciri prestasi yang cemerlang. Walaupun gentian karbon dipuji kerana sifat mekanikalnya yang luar biasa, sifat tahan apinya tidak berada pada tahap yang sama dengan apa yang ditawarkan oleh gentian aramid. Gentian Aramid terkenal dengan kestabilan haba yang luar biasa, kalis api dan sifat mekanikal yang luar biasa yang menjadikannya sesuai untuk digunakan dalam persekitaran haba yang keras. Oleh itu, dalam aplikasi yang memerlukan prestasi tinggi di bawah persekitaran haba yang tinggi, gentian aramid adalah pilihan yang lebih disukai.
Rujukan
