Svært forskjellige materialer
Komposittmaterialer skiller seg fra konvensjonelle materialer ved at komposittdeler inneholder to distinkte komponenter - fiber- og matrisematerialer (oftest polymerharpikser) - som forblir atskilt når de kombineres, men samvirker for å danne et nytt materiale hvis egenskaper ikke kan forutsies ved ganske enkelt å legge til egenskapene til dets komponenter.
Faktisk er en av hovedfordelene med fiber/harpiks-kombinasjonen dens komplementaritet. Tynne glassfibre har for eksempel relativt høy strekkfasthet, men blir lett skadet. I motsetning til dette har de fleste polymerharpikser svak strekkfasthet, men er veldig seige og formbare. Når fiber og harpiks kombineres, kan de imidlertid oppveie hverandres svakheter, og skape et materiale som er langt mer nyttig enn noen individuelle komponent.
De strukturelle egenskapene til kompositter er hovedsakelig avledet fra fiberarmering. Kommersielle kompositter for store markeder, som bildeler, skip, forbruksvarer og korrosjonsbestandige industrielle deler, er vanligvis laget av diskontinuerlige, tilfeldig orienterte glassfiber eller kontinuerlige, men ikke-orienterte fiberformer.
Opprinnelig utviklet for det militære romfartsmarkedet, avanserte kompositter, som yter bedre enn tradisjonelle strukturelle metaller, finnes nå i kommunikasjonssatellitter, fly, sportsutstyr, transport, tungindustri og energisektoren for olje- og gassleting og vindturbinbygging.
Høyytelseskompositter henter sine strukturelle egenskaper fra kontinuerlige, orienterte, høystyrke fiberarmeringsmaterialer -- oftest karbonfiber, arylpolyamidfiber eller glassfiber -- i en matrise som forbedrer bearbeidbarheten og forbedrer mekaniske egenskaper som stivhet og kjemikaliebestandighet.
Fiberorientering kan kontrolleres, noe som er en faktor som kan forbedre ytelsen i enhver applikasjon. For eksempel, i kompositt golfkølleskaft, er bor- og karbonfibre orientert i forskjellige vinkler inne i komposittskaftet, i stand til å dra full nytte av deres styrke- og stivhetsegenskaper og motstå momentbelastninger og flere bøye-, kompresjons- og strekkkrefter.
Glassfiber
De aller fleste fibre som brukes i komposittindustrien er glass. Glassfiber er det eldste og vanligste forsterkende materialet som brukes i de fleste sluttmarkedsapplikasjoner (med romfartsindustrien som et viktig unntak) for å erstatte tyngre metallkomponenter.
Glassfiber er tyngre og mindre stiv enn karbonfiber, det nest vanligste armeringsmaterialet, men det er mer slagfast og har større forlengelse ved brudd (det vil si at det strekker seg i større grad før det går i stykker). Et bredt spekter av egenskaper og ytelsesnivåer kan oppnås avhengig av glasstype, filamentdiameter, beleggskjemi (kalt "liming") og fiberform.
Glassfilamenter leveres i form av bunter kalt tråder, som er samlinger av kontinuerlige glassfilamenter.
Roving er vanligvis en bunt av uvridd tråder pakket som tråd rundt en stor spole. Single-ended roving består av en kontinuerlig tråd av flere glassfilamenter som går langs lengden av tråden. Multi-ended roving inneholder lange, men ikke helt sammenhengende tråder som legges til eller slippes i et forskjøvet arrangement under vikling. Garn er en samling tråder tvunnet sammen.
Høyytelses fiber
Karbonfiber - den desidert mest brukte fiberen i høyytelsesapplikasjoner - er laget av en rekke forløpersystemer, inkludert polyakrylnitril (PAN), rayon og asfalt. Forløperfibre blir kjemisk behandlet, oppvarmet og strukket, og deretter karbonisert for å produsere høystyrkefibre. Den første høyytelses karbonfiberen på markedet ble laget av rayonforløpere.
I dag har polyakrylnitril og asfaltbaserte fibre erstattet kunstige fibre i de fleste bruksområder. Pan-basert karbonfiber er den mest allsidige. De tilbyr et utrolig utvalg av egenskaper, inkludert utmerket styrke og høy stivhet. Asfaltfibre er laget av petroleum eller kulltjærebitumen og har høy til ekstremt høy stivhet og lav til den negative aksiale termisk ekspansjonskoeffisient (CTE). Deres CTE-egenskaper er spesielt nyttige i romfartøyapplikasjoner som krever termisk styring, for eksempel elektroniske instrumenthus.
Selv om de er sterkere enn glass- eller aramidfibre, er karbonfibre ikke bare mindre slagfaste, men gjennomgår også galvanisk korrosjon når de kommer i kontakt med metall. Produsenter overvinner det siste problemet ved å bruke barrierematerialer eller slørlag (vanligvis glassfiber/epoksy) under laminatprosessen.
Den grunnleggende fiberformen for høyytelses karbonfiber er en kontinuerlig fiberbunt kalt en filamentbunt. En karbonfiberbunt består av tusenvis av kontinuerlige, ikke-vridde filamenter, antall filamenter representert av et tall etterfulgt av en "K", som betyr multiplisert med 1,000 (for eksempel betyr 12K at antall filamenter er 12,000). Bunter kan brukes direkte i prosesser som filamentvikling eller pultrudering eller kan konverteres til ensrettede bånd, stoffer og andre forsterkede former.
