1. Zugfestigkeit
Zugfestigkeit bezeichnet die maximale Spannung, die ein Material aushalten kann, bevor es sich dehnt. Einige nicht spröde Materialien verformen sich, bevor sie brechen, aber Kevlar®-Fasern, Kohlenstofffasern und Glasfasern sind spröde und brechen fast ohne Verformung. Die Zugfestigkeit wird in Kraft pro Flächeneinheit (Pa oder Pascal) gemessen.

Spannung ist Kraft und Dehnung ist Verformung aufgrund von Spannung. Im Folgenden wird der Zugfestigkeitsvergleich von drei häufig verwendeten Verstärkungsfasern gezeigt: Kohlenstofffaser, Aramidfaser, Glasfaser und Epoxidharz. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Zahlen nur zum Vergleich dienen und je nach Herstellungsverfahren, Aramidformulierung, Vorläuferfaser der Kohlenstofffaser usw. in MPa variieren können.

Kohlenstofffaser: 4127
Glasfaser: 3450
Aramidfaser: 2757

2. Dichte und Festigkeits-Gewichts-Verhältnis
Beim Vergleich der Dichte der drei Materialien sind erhebliche Unterschiede zwischen den drei Fasern zu erkennen. Stellt man drei Proben mit exakt gleicher Größe und gleichem Gewicht her, wird schnell klar, dass Kevlar®-Fasern viel leichter sind, Kohlefasern dicht dahinter liegen und Glasfasern am schwersten sind.

Daher kann bei gleichem Gewicht des Verbundmaterials mit Kohlefasern oder Kevlar® eine höhere Festigkeit erreicht werden. Mit anderen Worten: Jede Struktur aus Kohlefasern oder Kevlar®-Verbundwerkstoff, die eine bestimmte Festigkeit erfordert, ist kleiner oder dünner als eine Struktur aus Glasfaser.

Nachdem die Probe hergestellt und getestet wurde, stellt man fest, dass der Glasfaserverbundwerkstoff fast doppelt so viel wiegt wie das Kevlar®- oder Kohlefaserlaminat. Das bedeutet, dass man durch die Verwendung von Kevlar® oder Kohlefasern viel Gewicht einsparen kann. Diese Eigenschaft wird als Festigkeits-Gewichts-Verhältnis bezeichnet.

3. Young's modulus
Young's modulus is a measure of the stiffness of an elastic material and is a way of describing the material. It is defined as the ratio of uniaxial (in one direction) stress to uniaxial strain (deformation in the same direction). Young's modulus = stress/strain, meaning that a material with a high Young's modulus is harder than a material with a low Young's modulus.

The stiffness of carbon fiber, Kevlar® and glass fiber varies greatly. The stiffness of carbon fiber is about twice that of aramid fiber, while the stiffness is five times higher than that of glass fiber. The downside to carbon fiber's excellent stiffness is that it tends to be more brittle. When it fails, it tends not to show much strain or deformation.


4. Flammability and thermal degradation
Both Kevlar® and carbon fiber are resistant to high temperatures, and neither has a melting point. Both materials have been used in protective clothing and fire-resistant fabrics. The glass fiber will eventually melt, but it is also highly resistant to high temperatures. Of course, frosted glass fiber used in buildings can also improve fire resistance.

Carbon fiber and Kevlar® are used to make protective firefighting or welding blankets or clothing. Kevlar gloves are commonly used in the meat industry to protect the hands when using knives. Since fibers are rarely used alone, the heat resistance of the substrate (usually epoxy) is also important. Epoxy resins soften rapidly when exposed to heat.


5. Electrical conductivity
Carbon fiber can conduct electricity, but Kevlar® and glass fiber do not. Kevlar® is used for cable pulling in power transmission towers. Although it does not conduct electricity, it can absorb water, and water can indeed conduct electricity. Therefore, in such applications, a waterproof coating must be applied to Kevlar.

Because carbon fiber can conduct electricity, galvanic corrosion becomes a problem when it comes into contact with other metal parts.


6. Uv degradation
Aramid fibers will degrade in sunlight and high UV environments. Carbon fiber or glass fiber is not very sensitive to ultraviolet radiation. However, some commonly used substrates such as epoxy resins remain in sunlight, it will turn white and lose strength, polyester and vinyl ester resins are more resistant to UV rays, but less resistant than epoxy resins.

7. Ermüdungsbeständigkeit
Wenn das Teil wiederholt gebogen und begradigt wird, versagt es letztendlich aufgrund von Ermüdung. Im Vergleich zu Kohlefaser, die etwas ermüdungsempfindlich ist und zu katastrophalen Versagen neigt, ist Kevlar® widerstandsfähiger gegen Ermüdung. Fiberglas liegt irgendwo dazwischen.


8. Verschleißfestigkeit
Kevlar® ist sehr verschleißfest und daher schwer zu schneiden. Kevlar® wird häufig als Schutzhandschuh in Bereichen verwendet, in denen die Hände an Glas oder scharfen Klingen geschnitten werden können. Kohlefaser und Glasfaser sind weniger widerstandsfähig.


9. Chemische Beständigkeit
Aramidfasern sind empfindlich gegenüber starken Säuren, starken Basen und bestimmten Oxidationsmitteln (wie Natriumhypochlorit), die zu Faserabbau führen können. Gewöhnliche Chlorbleiche (z. B. Clorox®) und Wasserstoffperoxid können bei Kevlar® nicht verwendet werden, Sauerstoffbleiche (z. B. Natriumperborat) kann verwendet werden, ohne die Aramidfasern zu beschädigen.

Kohlefaser ist sehr stabil und unempfindlich gegenüber chemischem Abbau.


10. Matrixbindungsleistung
Damit Kohlenstofffasern, Kevlar® und Glas ihre beste Leistung erbringen können, müssen sie in der Matrix (normalerweise dem Harz) an ihrem Platz gehalten werden. Daher ist die Fähigkeit des Harzes, sich mit verschiedenen Fasern zu verbinden, von entscheidender Bedeutung.

Kohlenstofffasern und Glasfasern können leicht am Harz haften, aber die Festigkeit von Aramidfasern plus Harz ist nicht so stark wie gewünscht, und diese verringerte Haftung ermöglicht das Eindringen von Wasser. Infolgedessen neigen Aramidfasern dazu, Wasser aufzunehmen, was in Verbindung mit der unbefriedigenden Haftung an Epoxidharzen bedeutet, dass Kevlar®, wenn die Oberfläche des Kevlar®-Verbundwerkstoffs beschädigt ist und Wasser eindringen kann, Wasser entlang der Faser aufnehmen und den Verbundwerkstoff schwächen kann.


11. Farbe und Webart
Der natürliche Zustand von Aramid ist hellgold, es kann bunt sein, und mittlerweile gibt es viele schöne Farbtöne. Fiberglas ist auch in Farbe erhältlich. Kohlenstofffasern sind immer schwarz und können mit farbigem Aramid gemischt werden, aber sie können nicht allein gefärbt werden.

(Kohlefaser)

(Glasfaser)