Qual é a diferença entre Kevlar® e fibra de carbono?
Tanto o Kevlar® quanto a fibra de carbono têm histórias interessantes que mostram a exploração e inovação de materiais. Na Markforged, adoramos explorar materiais e suas combinações e desbloquear novos potenciais e liderar o desenvolvimento de inovação na indústria de manufatura aditiva. Somos líderes na impressão 3D de fios contínuos de fibra com nosso processo patenteado CFF (Continuous Filament Fabrication), que estabelece fios contínuos de fibra em uma peça FFF Onyx para reforçar efetivamente as peças de plástico com resistência metálica. Isso aumenta muito a durabilidade e a vida útil de uma peça e otimiza o perfil de resistência da peça ao adicionar fibras onde a resistência é mais necessária.
Vamos explorar nossa compreensão do Kevlar um pouco mais.
EUA. Estudo de caso do exército
Leia nossa mais recente história de sucesso de cliente sobre uma importante base de treinamento para o Exército dos EUA.
Kevlar
O que você pensa quando ouve o nome Kevlar? A maioria das pessoas pensa em coletes à prova de balas. Você pode não pensar em DuPont ™, mas este material foi desenvolvido pela DuPont ™ em 1964 por uma química polonesa-americana Stephanie Kwolek.
Você sabia que o Kevlar tem vários usos diferentes em todos os setores? Você pode encontrá-lo em aplicativos do dia a dia, como:
- Pneus para carros e bicicletas
- Placas para pesos
- Velas e corda
- Luvas, meias e bagagem
- Botas de trabalho
- Pastilhas de freio
- Equipamento de proteção
- Selantes
Kevlar é uma fibra sintética que faz parte do grupo das fibras de aramida e é resistente ao calor. Kevlar e Nomex fazem parte deste grupo. As fibras sintéticas são fibras sintetizadas por síntese química, ao contrário das fibras naturais derivadas de organismos vivos. As fibras sintéticas são criadas extrudando material de formação de fibra por meio de fieiras, formando fibra.
Kevlar tem um tipo de módulo alto usado principalmente em cabos de fibra ótica, processamento têxtil, cordas, cabos, reforço de plástico e aplicações compostas para aeroespacial, automotiva, defesa, energia, consumo, eletrônica, medicina e indústria pesada, para citar alguns. O Comando de Engenharia de Instalações Navais explorou os recursos de corda Kevlar para uso com engenharia e construção oceânica, resultando em projetos e aplicações inovadores fornecidos pela incrível resistência à tração e flutuabilidade do Kevlar. A fibra de Kevlar tem uma resistência à tração comparável à da fibra de carbono, um módulo entre as fibras de vidro e de carbono e densidade mais baixa do que ambas.
Kevlar aramid é usado para aplicações de compósitos de alto desempenho onde peso leve, alta resistência e rigidez, resistência a danos e resistência à fadiga e ruptura por tensão são importantes. A Markforged descobriu que o reforço de Onyx, Onyx FR e até mesmo Nylon White com Kevlar permite que engenheiros e projetistas de peças criem peças extremamente versáteis. O Kevlar pode sofrer mudanças significativas em ambientes de baixa temperatura, tão baixas quanto 320 ° F (-196 ° C) e não apresentar fragilização ou degradação, e em ambientes com radiação de elétrons, já que a radiação de elétrons não é prejudicial ao Kevlar. No entanto, o Kevlar é sensível à luz UV (ultravioleta).
Os projetistas podem desenvolver peças que sejam seguras, fortes, rígidas, leves e tolerantes ao ambiente, à aplicação e às condições de carregamento, imprimindo com fibras contínuas. Ao projetar peças com o processo CFF (Fabricação de Filamento Contínuo), os projetistas podem aproveitar a resistência à tração do Kevlar (alongamento ou tração) que é mais de oito vezes maior do que o fio de aço.
O reforço com CFF permite que qualquer projetista construa peças compostas com resistência de metal, aumente a durabilidade da peça (vida útil) e otimize a resistência da peça onde ela é mais necessária. O Kevlar também tem uma faixa de deformação plástica muito longa e, quando falha, falha um fio de cada vez e até mesmo se curva ou cai em vez de quebrar. Tem um modo de falha muito mais previsível e perdoável em comparação com outras fibras como a fibra de carbono.
Propriedades únicas das fibras de Kevlar:
- Trecho muito baixo
- Alta resistência à tração
- Relação resistência-peso muito alta
- Excelente resistência à fadiga
- Bom desempenho em ampla faixa de temperatura
- Não derrete; se decomporá em 800 ° F - 900 ° F (427 ° C a 482 ° C)
- Baixa fluência
- Sem encolhimento
- Boa estabilidade química
- Altamente resistente à abrasão
- Força fraca na direção transversal (fraca na resistência à compressão)
- O modo de falha menos catastrófico de todos os filamentos Markforged
Resistência ao impacto
O Kevlar é 8 vezes mais resistente a impactos do que o ABS, embora seja 15-20% mais leve do que as nossas outras fibras de reforço.
Resistência à flexão
Na dobra de três pontos, o Kevlar impresso em 3D é 3x mais forte do que o ABS e 6x mais forte do que o náilon.
Rigidez à flexão
O Kevlar impresso em 3D é 12x mais rígido do que o ABS e 30x mais rígido do que o náilon.
Kevlar possui excelente durabilidade, tornando-o ideal para peças que sofrem cargas repetidas e repentinas. Tão rígido quanto a fibra de vidro e muito mais dúctil, pode ser usado para uma ampla variedade de aplicações personalizadas para manufatura aditiva, tais como:
- Calçado desportivo
- Robótica e berços
- Efetores de extremidade / garras
- Capas para smartphone, eletrônicos pessoais
- Peças projetadas para serem acionadas por sistema hidráulico ou pneumático
- Equipamentos de proteção, capacetes; combate, motocicleta
- Alavancas de freio, braçadeiras, montagens
- Acessórios, ferramentas, fixação, mandíbulas macias
- Engrenagens, chaves, drones
- Artigos esportivos e acessórios, mosquetões
- Peças de uso final, produtos de consumo, etc ...
As garras da válvula Dixon são impressas com Onyx e reforçadas com Kevlar. O material deve ser forte o suficiente para transmitir a força de fixação, durável por meio de ciclos de carregamento repetidos e não danificar as válvulas.
Os compósitos na impressão 3D aproveitam a resistência à compressão da matriz plástica - a estrutura de suporte que compreende a maior parte do volume da peça - e a resistência à tração das fibras incorporadas. Esses dois materiais são mutuamente dependentes:sem fibra, a parte plástica é tão forte quanto a adesão dentro e entre os fios plásticos extrudados. Sem a matriz, a fibra não tem estrutura e, portanto, não manterá sua forma. A matriz cria espaço para que a fibra tenha um braço de alavanca para se estabilizar contra a carga. Quando combinados, eles se sinergizam para formar um composto com maior resistência em compressão e tensão do que qualquer um pode oferecer individualmente. Isso é verdade para todas as nossas fibras; Kevlar, fibra de carbono, fibra de vidro e fibra de vidro HSHT.
Agora, vamos explorar um pouco mais a nossa compreensão da fibra de carbono.
Fibra de carbono
O filamento de fibra de carbono é feito de átomos de carbono organizados em uma estrutura cristalina. Por causa de sua alta rigidez e resistência, é amplamente utilizado nas indústrias aeroespacial e automotiva. Ele tem uma das mais altas taxas de resistência / peso existentes - mais alta do que o aço e o titânio.
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Razão força-peso
Em comparação com o alumínio 6061, a fibra de carbono impressa em 3D tem uma relação resistência-peso 50% maior em flexão e 300% maior em tensão.
Resistência à Flexão
Em uma dobra de três pontos, nossa fibra de carbono impressa em 3D é 8 vezes mais forte que o ABS e 20% mais forte que o rendimento do alumínio.
Rigidez Flexural
O filamento de fibra de carbono impresso em 3D é 25x mais rígido do que o ABS e 2x mais rígido do que o resto das fibras de reforço da Markforged.
Características do material de fibra de carbono:
- A fibra de carbono impressa em 3D Markforged é igual ao limite de escoamento do alumínio 6061
- Ele falha com a mesma tensão. O alumínio começa a se deformar plasticamente.
- A fibra de carbono retornará à sua forma original depois que uma carga for removida enquanto o alumínio se deforma plasticamente
- Alta rigidez e alta resistência ao peso
- Condutivo para eletricidade
- Resistente à corrosão e ao calor
- Rígido até a fratura (a falha é abrupta e não previsível)
- O carregamento ideal é constante - suportando uma força conhecida o tempo todo.
As propriedades incríveis da fibra de carbono permitem que ela seja usada como um substituto de metal em aplicações onde a redução de peso é importante. Cada setor agora tem a capacidade de aproveitar o CFF com fibra de carbono e imprimir peças incrivelmente fortes. O Generative Design também oferece vantagens quando combinado com Markforged CFF, que permite aos designers explorar várias soluções otimizadas e ter a capacidade de selecionar o melhor design sob medida para seu uso, tanto do ponto de vista de design quanto de força.
A fibra de carbono pode ser usada para uma ampla variedade de aplicações; aeroespacial, automotivo, arquitetura e construção, bens de consumo, médicos, energia, defesa, eletrônicos, maquinário industrial, etc. adaptados para manufatura aditiva e não há fim para esta lista, então aqui estão apenas alguns:
- Robótica e braços robóticos
- Finalizadores, garras e mandíbulas macias
- Acessórios de inspeção, acessórios de solda e acessórios de CMM
- Ferramentas de modelagem
- Bicicletas e seus componentes
- Aplicativos de automobilismo de ponta
Dê uma olhada no caso de uso do Haddington Dynamics, um braço robótico impresso em 3D reforçado com filamento contínuo de fibra de carbono, rígido e leve o suficiente para que o braço robótico tenha uma precisão de 50 mícrons. Usando uma impressora 3D de fibra de carbono, a empresa conseguiu reduzir a contagem de peças de 800 para menos de 70.
Entre em contato conosco para obter mais ajuda ou aconselhamento sobre qual é a fibra de reforço mais apropriada para sua aplicação. Solicite uma amostra de Kevlar ou fibra de carbono hoje.
Lista de Referência:
- Ferer, M. Kenneth e Swenson, C. Richard, “Guia de Projeto para Seleção e Especificação de Corda Kevlar para Engenharia e Construção do Oceano”, Páginas v, 9, 39, https://apps.dtic.mil/dtic/tr/fulltext/u2/a163255.pdf , julho de 1976, Laboratório de Pesquisa Naval, Instalações Navais, Comando de Engenharia, Washington, DC.
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