Väldigt olika material
Kompositmaterial skiljer sig från konventionella material genom att kompositdelar innehåller två distinkta komponenter - fiber- och matrismaterial (oftast polymerhartser) - som förblir separerade när de kombineras men samverkar för att bilda ett nytt material vars egenskaper inte kan förutsägas genom att helt enkelt lägga till egenskaperna hos dess egenskaper. komponenter.
Faktum är att en av huvudfördelarna med fiber/harts-kombinationen är dess komplementaritet. Tunna glasfibrer har till exempel relativt hög draghållfasthet men skadas lätt. Däremot har de flesta polymerhartser svag draghållfasthet men är mycket sega och formbara. När fiber och harts kombineras kan de dock kompensera för varandras svagheter och skapa ett material som är mycket mer användbart än någon enskild komponent.
De strukturella egenskaperna hos kompositer härrör huvudsakligen från fiberarmering. Kommersiella kompositer för stora marknader, såsom bildelar, fartyg, konsumtionsvaror och korrosionsbeständiga industridelar, tillverkas vanligtvis av diskontinuerliga, slumpmässigt orienterade glasfiber eller kontinuerliga men icke-orienterade fiberformer.
Ursprungligen utvecklad för den militära flygmarknaden, avancerade kompositer, som presterar bättre än traditionella strukturella metaller, finns nu i kommunikationssatelliter, flygplan, sportartiklar, transporter, tung industri och energisektorn för olje- och gasprospektering och vindkraftskonstruktion.
Högpresterande kompositer hämtar sina strukturella egenskaper från kontinuerliga, orienterade, höghållfasta fiberförstärkningsmaterial -- oftast kolfiber, arylpolyamidfiber eller glasfiber -- i en matris som förbättrar bearbetbarheten och förbättrar mekaniska egenskaper såsom styvhet och kemikaliebeständighet.
Fiberorienteringen kan kontrolleras, vilket är en faktor som kan förbättra prestandan i alla applikationer. Till exempel, i kompositskaft för golfklubbor, är bor- och kolfibrer orienterade i olika vinklar inom kompositskaftet, för att kunna dra full nytta av deras styrka och styvhetsegenskaper och motstå vridmomentbelastningar och flera böjnings-, kompressions- och dragkrafter.
Glasfiber
De allra flesta fibrer som används i kompositindustrin är glas. Glasfiber är det äldsta och vanligaste förstärkningsmaterialet som används i de flesta slutmarknadstillämpningar (med flygindustrin som ett viktigt undantag) för att ersätta tyngre metallkomponenter.
Glasfiber är tyngre och mindre styv än kolfiber, det näst vanligaste förstärkningsmaterialet, men det är mer slagtåligt och har en större brottöjning (det vill säga att det sträcker sig i större utsträckning innan det går sönder). Ett brett utbud av egenskaper och prestandanivåer kan erhållas beroende på typen av glas, filamentdiameter, beläggningskemi (kallad "limning") och fiberform.
Glasfilament levereras i form av buntar som kallas trådar, som är samlingar av kontinuerliga glasfilament.
Roving är vanligtvis en bunt av otvinnade trådar lindade som tråd runt en stor spole. Ensidig roving består av en kontinuerlig sträng av flera glasfilament som löper längs strängen. Flerändad roving innehåller långa men inte helt sammanhängande trådar som läggs till eller tappas i ett förskjutet arrangemang under lindningen. Garn är en samling trådar som tvinnas ihop.
Högpresterande fiber
Kolfiber - den överlägset mest använda fibern i högpresterande applikationer - tillverkas av en mängd olika prekursorsystem, inklusive polyakrylnitril (PAN), rayon och asfalt. Prekursorfibrer behandlas kemiskt, upphettas och sträcks och karboniseras sedan för att producera höghållfasta fibrer. Den första högpresterande kolfibern på marknaden tillverkades av rayonprekursorer.
Idag har polyakrylnitril och asfaltbaserade fibrer ersatt konstgjorda fibrer i de flesta applikationer. Pan-baserad kolfiber är den mest mångsidiga. De erbjuder ett fantastiskt utbud av egenskaper, inklusive utmärkt styrka och hög styvhet. Asfaltfibrer är gjorda av petroleum eller stenkolstjärabitumen och har hög till extremt hög styvhet och låg till den negativa axiella värmeutvidgningskoefficienten (CTE). Deras CTE-egenskaper är särskilt användbara i rymdfarkostapplikationer som kräver termisk hantering, såsom elektroniska instrumenthöljen.
Även om de är starkare än glas- eller aramidfibrer är kolfibrer inte bara mindre slagtåliga, utan genomgår även galvanisk korrosion när de kommer i kontakt med metall. Tillverkare övervinner det senare problemet genom att använda barriärmaterial eller slöjalager (vanligtvis glasfiber/epoxi) under laminatprocessen.
Den grundläggande fiberformen av högpresterande kolfiber är ett kontinuerligt fiberknippe som kallas ett filamentknippe. Ett kolfiberknippe består av tusentals kontinuerliga, otvinnade filament, antalet filament representeras av ett tal följt av ett "K", vilket betyder multiplicerat med 1,000 (till exempel betyder 12K att antalet filament är 12,000). Klasar kan användas direkt i processer som filamentlindning eller pultrusionsformning eller kan omvandlas till enkelriktade band, tyger och andra förstärkta former.
