Velmi odlišné materiály
Kompozitní materiály se liší od konvenčních materiálů v tom, že kompozitní části obsahují dvě odlišné složky - vláknité a matricové materiály (nejčastěji polymerní pryskyřice) - které zůstávají odděleny, když se spojí, ale interagují za vzniku nového materiálu, jehož vlastnosti nelze předvídat pouhým přidáním vlastností jeho komponenty.
Ve skutečnosti je jednou z hlavních výhod kombinace vlákno/pryskyřice její komplementarita. Tenká skleněná vlákna mají například relativně vysokou pevnost v tahu, ale snadno se poškodí. Naproti tomu většina polymerních pryskyřic má slabou pevnost v tahu, ale jsou velmi houževnaté a tvárné. Když jsou vlákna a pryskyřice kombinovány, mohou však vzájemně kompenzovat své slabé stránky a vytvořit materiál, který je mnohem užitečnější než jakákoli jednotlivá složka.
Strukturální vlastnosti kompozitů jsou odvozeny především od vyztužení vlákny. Komerční kompozity pro velké trhy, jako jsou automobilové díly, lodě, spotřební zboží a průmyslové díly odolné proti korozi, jsou obvykle vyráběny z nespojitých, náhodně orientovaných skleněných vláken nebo kontinuálních, ale neorientovaných forem vláken.
Pokročilé kompozity původně vyvinuté pro vojenský letecký trh, které fungují lépe než tradiční konstrukční kovy, se nyní nacházejí v komunikačních satelitech, letadlech, sportovním zboží, dopravě, těžkém průmyslu a energetickém sektoru pro průzkum ropy a zemního plynu a konstrukci větrných turbín.
Vysoce výkonné kompozity odvozují své strukturální vlastnosti z kontinuálních, orientovaných, vysoce pevných vláknitých výztužných materiálů --, nejčastěji uhlíkových vláken, arylpolyamidových vláken nebo skleněných vláken -- v matrici, která zlepšuje obrobitelnost a zlepšuje mechanické vlastnosti jako je tuhost a chemická odolnost.
Orientaci vláken lze řídit, což je faktor, který může zlepšit výkon v jakékoli aplikaci. Například v kompozitních násadách golfových holí jsou bórová a uhlíková vlákna orientována pod různými úhly uvnitř kompozitní násady, což umožňuje plně využít jejich pevnostní a tuhostní charakteristiky a odolat zatížení točivým momentem a mnohonásobným ohybovým, kompresním a tahovým silám.
Skleněné vlákno
Naprostá většina vláken používaných v kompozitním průmyslu je skleněná. Sklolaminát je nejstarší a nejběžnější výztužný materiál používaný ve většině aplikací na konečném trhu (s významnou výjimkou je letecký průmysl) k nahrazení těžších kovových součástí.
Sklolaminát je těžší a méně tuhý než uhlíkové vlákno, další nejběžnější výztužný materiál, ale je odolnější proti nárazu a má větší prodloužení při přetržení (to znamená, že se před přetržením ve větší míře natáhne). V závislosti na typu skla, průměru vlákna, chemii povlaku (tzv. "sizing") a formě vlákna lze získat širokou škálu charakteristik a úrovní výkonu.
Skleněná vlákna jsou dodávána ve formě svazků nazývaných prameny, což jsou soubory nekonečných skleněných nekonečných vláken.
Roving je obvykle svazek nekroucených pramenů omotaných jako nit kolem velké cívky. Jednokoncový pramen se skládá ze souvislého pramene více skleněných filamentů, které probíhají po délce pramene. Vícekoncový roving obsahuje dlouhé, ale ne zcela souvislé prameny, které se přidávají nebo upouštějí v střídavém uspořádání během navíjení. Příze je sbírka pramenů stočených dohromady.
Vysoce výkonné vlákno
Uhlíkové vlákno – zdaleka nejpoužívanější vlákno ve vysoce výkonných aplikacích – se vyrábí z různých prekurzorových systémů, včetně polyakrylonitrilu (PAN), umělého hedvábí a asfaltu. Prekurzorová vlákna jsou chemicky upravována, zahřívána a natahována a poté karbonizována za vzniku vysoce pevných vláken. První vysoce výkonné uhlíkové vlákno na trhu bylo vyrobeno z prekurzorů umělého hedvábí.
Dnes vlákna na bázi polyakrylonitrilu a asfaltu ve většině aplikací nahradila vlákna umělá. Karbonové vlákno na bázi pánve je nejuniverzálnější. Nabízejí úžasnou škálu vlastností, včetně vynikající pevnosti a vysoké tuhosti. Asfaltová vlákna jsou vyrobena z ropy nebo černouhelného dehtu a mají vysokou až extrémně vysokou tuhost a nízký až záporný axiální koeficient tepelné roztažnosti (CTE). Jejich CTE charakteristiky jsou zvláště užitečné v aplikacích kosmických lodí vyžadujících tepelné řízení, jako jsou pouzdra elektronických přístrojů.
Přestože jsou pevnější než skleněná nebo aramidová vlákna, uhlíková vlákna jsou nejen méně odolná proti nárazu, ale při kontaktu s kovem také podléhají galvanické korozi. Výrobci překonávají tento problém použitím bariérových materiálů nebo závojových vrstev (obvykle sklolaminát/epoxid) během procesu laminátu.
Základní vláknitou formou vysoce výkonného uhlíkového vlákna je nekonečný svazek vláken nazývaný svazek filamentů. Svazek uhlíkových vláken se skládá z tisíců nepřetržitých, nezkroucených vláken, přičemž počet vláken je reprezentován číslem následovaným písmenem "K", což znamená vynásobený 1,000 (například 12K znamená, že počet vláken je 12, 000). Svazky mohou být použity přímo v procesech, jako je navíjení vláken nebo pultruzní lisování, nebo mohou být přeměněny na jednosměrné pásky, tkaniny a další vyztužené formy.
