Ļoti dažādi materiāli
Kompozītmateriāli atšķiras no parastajiem materiāliem ar to, ka kompozītmateriāli satur divus atšķirīgus komponentus - šķiedru un matricas materiālus (visbiežāk polimēru sveķus), kas, apvienojot tos, paliek atdalīti, bet mijiedarbojas, veidojot jaunu materiālu, kura īpašības nevar paredzēt, vienkārši pievienojot tā īpašības. sastāvdaļas.
Faktiski viena no galvenajām šķiedru/sveķu kombinācijas priekšrocībām ir tās komplementaritāte. Piemēram, plānām stikla šķiedrām ir salīdzinoši augsta stiepes izturība, taču tās ir viegli sabojājamas. Turpretim lielākajai daļai polimēru sveķu ir vāja stiepes izturība, taču tie ir ļoti izturīgi un kaļami. Tomēr, apvienojot šķiedru un sveķus, tie var kompensēt viens otra vājās vietas, radot materiālu, kas ir daudz noderīgāks par jebkuru atsevišķu sastāvdaļu.
Kompozītu strukturālās īpašības galvenokārt izriet no šķiedru stiegrojuma. Komerciālie kompozītmateriāli lieliem tirgiem, piemēram, automobiļu daļas, kuģi, patēriņa preces un pret koroziju izturīgas rūpnieciskās detaļas, parasti tiek izgatavotas no pārtrauktas, nejauši orientētas stikla šķiedras vai nepārtrauktas, bet neorientētas šķiedras formām.
Sākotnēji izstrādāti militārās aviācijas un kosmosa tirgum, uzlaboti kompozītmateriāli, kas darbojas labāk nekā tradicionālie konstrukciju metāli, tagad ir atrodami sakaru satelītos, lidmašīnās, sporta precēs, transportā, smagajā rūpniecībā un enerģētikas nozarē naftas un gāzes izpētei un vēja turbīnu celtniecībai.
Augstas veiktspējas kompozītmateriālu strukturālās īpašības iegūst no vienlaidu, orientētu, augstas stiprības šķiedru stiegrojuma materiāliem --, visbiežāk oglekļa šķiedras, arilpoliamīda šķiedras vai stikla šķiedras -- matricā, kas uzlabo apstrādājamību un uzlabo mehāniskās īpašības. piemēram, stingrība un ķīmiskā izturība.
Šķiedru orientāciju var kontrolēt, kas ir faktors, kas var uzlabot veiktspēju jebkurā lietojumprogrammā. Piemēram, kompozītmateriālu golfa nūju vārpstās bora un oglekļa šķiedras ir orientētas dažādos leņķos kompozītmateriālu vārpstā, lai pilnībā izmantotu to stiprības un stingrības īpašības un izturētu griezes momenta slodzi un daudzkārtējus lieces, saspiešanas un stiepes spēkus.
Stikla šķiedra
Lielākā daļa kompozītmateriālu rūpniecībā izmantoto šķiedru ir stikls. Stikla šķiedra ir vecākais un visizplatītākais pastiprinošais materiāls, ko izmanto lielākajā daļā gala tirgus lietojumu (ar aviācijas un kosmosa rūpniecību ir svarīgs izņēmums), lai aizstātu smagākas metāla detaļas.
Stikla šķiedra ir smagāka un mazāk stingra par oglekļa šķiedru, kas ir nākamais visizplatītākais armatūras materiāls, taču tas ir triecienizturīgāks un tam ir lielāks pagarinājums pārraušanas brīdī (tas ir, pirms plīšanas tā stiepjas lielākā mērā). Var iegūt plašu raksturlielumu un veiktspējas līmeņu klāstu atkarībā no stikla veida, kvēldiega diametra, pārklājuma ķīmijas (saukta par "izmēru") un šķiedras formas.
Stikla pavedieni tiek piegādāti saišķu veidā, ko sauc par pavedieniem, kas ir nepārtrauktu stikla pavedienu kolekcijas.
Rovings parasti ir nesavītu pavedienu saišķis, kas kā diegs aptīts ap lielu spoli. Viena gala virkne sastāv no nepārtrauktas vairāku stikla pavedienu virknes, kas stiepjas visā pavediena garumā. Daudzgalu rovings satur garas, bet ne pilnīgi nepārtrauktas dzīslas, kuras tinuma laikā tiek pievienotas vai nomestas pakāpeniski. Dzija ir kopā savītu pavedienu kolekcija.
Augstas veiktspējas šķiedra
Oglekļa šķiedra, kas ir visplašāk izmantotā šķiedra augstas veiktspējas lietojumos, ir izgatavota no dažādām prekursoru sistēmām, tostarp poliakrilnitrila (PAN), viskozes un asfalta. Prekursoru šķiedras tiek ķīmiski apstrādātas, karsētas un izstieptas un pēc tam karbonizētas, lai iegūtu augstas stiprības šķiedras. Pirmā augstas veiktspējas oglekļa šķiedra tirgū tika izgatavota no viskozes prekursoriem.
Mūsdienās poliakrilnitrila un asfalta šķiedras vairumā lietojumu ir aizstājušas mākslīgās šķiedras. Oglekļa šķiedra uz pannas ir vispusīgākā. Tie piedāvā pārsteidzošu īpašību klāstu, tostarp izcilu izturību un augstu stingrību. Asfalta šķiedras ir izgatavotas no naftas vai akmeņogļu darvas bitumena, un tām ir augsta līdz ārkārtīgi augsta stingrība un zems līdz negatīvajam termiskās izplešanās koeficientam (CTE). To CTE raksturlielumi ir īpaši noderīgi kosmosa kuģu lietojumos, kuriem nepieciešama siltuma pārvaldība, piemēram, elektronisko instrumentu korpusos.
Lai gan oglekļa šķiedras ir stiprākas par stikla vai aramīda šķiedrām, tās ir ne tikai mazāk izturīgas pret triecieniem, bet arī pakļautas galvaniskajai korozijai, saskaroties ar metālu. Ražotāji atrisina pēdējo problēmu, laminēšanas procesā izmantojot barjeras materiālus vai plīvuru slāņus (parasti stiklšķiedru/epoksīdu).
Augstas veiktspējas oglekļa šķiedras pamatšķiedras forma ir nepārtraukts šķiedru kūlis, ko sauc par kvēldiega kūli. Oglekļa šķiedru saišķis sastāv no tūkstošiem nepārtrauktu, nesavītu pavedienu, pavedienu skaitu apzīmē ar skaitli, kam seko "K", kas nozīmē, ka reizināts ar 1, 000 (piemēram, 12K nozīmē, ka pavedienu skaits ir 12, 000). Ķekarus var izmantot tieši tādos procesos kā kvēldiega uztīšana vai pultrūzijas formēšana, vai arī tos var pārveidot par vienvirziena lentēm, audumiem un citām pastiprinātām formām.
