Vrlo različiti materijali
Kompozitni materijali razlikuju se od konvencionalnih materijala po tome što kompozitni dijelovi sadrže dvije različite komponente - vlakna i matrične materijale (najčešće polimerne smole) - koje ostaju odvojene kada se kombiniraju, ali međusobno djeluju kako bi oblikovale novi materijal čija se svojstva ne mogu predvidjeti jednostavnim zbrajanjem svojstava njegovih komponente.
Zapravo, jedna od glavnih prednosti kombinacije vlakno/smola je njezina komplementarnost. Tanka staklena vlakna, na primjer, imaju relativno visoku vlačnu čvrstoću, ali se lako oštećuju. Nasuprot tome, većina polimernih smola ima slabu vlačnu čvrstoću, ali su vrlo žilave i savitljive. Međutim, kada se vlakna i smola spoje, oni mogu nadoknaditi međusobne slabosti, stvarajući materijal koji je daleko korisniji od bilo koje pojedinačne komponente.
Strukturna svojstva kompozita uglavnom proizlaze iz ojačanja vlaknima. Komercijalni kompoziti za velika tržišta, kao što su automobilski dijelovi, brodovi, roba široke potrošnje i industrijski dijelovi otporni na koroziju, obično se izrađuju od diskontinuiranog, nasumično usmjerenog fiberglasa ili kontinuiranih, ali neorijentiranih oblika vlakana.
Izvorno razvijeni za vojno zrakoplovno i svemirsko tržište, napredni kompoziti, koji imaju bolje performanse od tradicionalnih konstrukcijskih metala, sada se nalaze u komunikacijskim satelitima, zrakoplovima, sportskoj opremi, transportu, teškoj industriji i energetskom sektoru za istraživanje nafte i plina i izgradnju vjetroturbina.
Kompoziti visokih performansi dobivaju svoje strukturne karakteristike od kontinuiranih, usmjerenih materijala za ojačanje vlaknima visoke čvrstoće -- najčešće karbonskih vlakana, arilpoliamidnih vlakana ili staklenih vlakana -- u matrici koja poboljšava obradivost i poboljšava mehanička svojstva kao što su krutost i kemijska otpornost.
Orijentacija vlakana može se kontrolirati, što je faktor koji može poboljšati performanse u bilo kojoj primjeni. Na primjer, u kompozitnim osovinama palica za golf, borova i ugljična vlakna usmjerena su pod različitim kutovima unutar kompozitne osovine, mogu u potpunosti iskoristiti prednosti svojih karakteristika čvrstoće i krutosti i izdržati opterećenja momentom i višestruke sile savijanja, kompresije i rastezanja.
Staklena vlakna
Velika većina vlakana koja se koriste u industriji kompozita su staklena. Stakloplastika je najstariji i najčešći materijal za ojačanje koji se koristi u većini aplikacija na krajnjem tržištu (sa važnom iznimkom u zrakoplovnoj industriji) za zamjenu težih metalnih komponenti.
Stakloplastika je teža i manje kruta od karbonskih vlakana, sljedećeg najčešćeg materijala za pojačanje, ali je otpornija na udarce i ima veće istezanje pri lomu (to jest, rasteže se u većoj mjeri prije loma). Širok raspon karakteristika i razina performansi može se dobiti ovisno o vrsti stakla, promjeru filamenta, kemijskom sastavu premaza (koji se naziva "dimenzioniranje") i obliku vlakana.
Staklena vlakna isporučuju se u obliku snopova koji se nazivaju pramenovi, a to su skupovi kontinuiranih staklenih vlakana.
Roving je obično snop neupredenih niti omotanih poput konca oko velikog kalema. Jednostrani roving sastoji se od kontinuirane niti višestrukih staklenih niti koje se protežu duž cijele niti. Roving s više krajeva sadrži dugačke, ali ne potpuno kontinuirane niti koje se dodaju ili ispuštaju u raspoređenom rasporedu tijekom namotavanja. Pređa je skup niti zajedno upredenih.
Vlakno visokih performansi
Ugljična vlakna - daleko najčešće korišteno vlakno u aplikacijama visokih performansi - izrađena su od različitih sustava prekursora, uključujući poliakrilonitril (PAN), rajon i asfalt. Prekursorska vlakna se kemijski tretiraju, zagrijavaju i istežu, a zatim karboniziraju kako bi se dobila vlakna visoke čvrstoće. Prva ugljična vlakna visokih performansi na tržištu napravljena su od prekursora rajona.
Danas su poliakrilonitrilna i vlakna na bazi asfalta zamijenila umjetna vlakna u većini primjena. Pan-based carbon fiber je najsvestraniji. Nude nevjerojatan raspon svojstava, uključujući izvrsnu čvrstoću i visoku krutost. Asfaltna vlakna izrađena su od bitumena od nafte ili katrana ugljena i imaju visoku do iznimno visoku krutost i nizak do negativan aksijalni koeficijent toplinske ekspanzije (CTE). Njihove CTE karakteristike posebno su korisne u aplikacijama svemirskih letjelica koje zahtijevaju upravljanje toplinom, kao što su kućišta elektroničkih instrumenata.
Iako su jača od staklenih ili aramidnih vlakana, karbonska vlakna ne samo da su manje otporna na udarce, već su podložna i galvanskoj koroziji kada dođu u dodir s metalom. Proizvođači rješavaju potonji problem korištenjem barijernih materijala ili slojeva vela (obično staklenih vlakana/epoksida) tijekom procesa laminata.
Osnovni oblik vlakana ugljičnih vlakana visokih performansi kontinuirani je snop vlakana koji se naziva snop niti. Snop karbonskih vlakana sastoji se od tisuća kontinuiranih, neupredenih filamenata, broj filamenata je predstavljen brojem iza kojeg slijedi "K", što znači pomnoženo s 1, 000 (na primjer, 12K znači da je broj filamenata 12, 000). Skupovi se mogu koristiti izravno u procesima kao što je namatanje niti ili pultruzijsko oblikovanje ili se mogu pretvoriti u jednosmjerne vrpce, tkanine i druge ojačane oblike.
