Primární typy vláken používané ve vysoce{0}}kompozitech
1. Skleněné vlákno (sklolaminát)
Existuje mnoho různých druhů skelných vláken, ale u kompozitů jsou nejběžnější dva. E-skleněné vlákno je standardním typem téměř všech skelných-vyztužených výrobků, zatímco S-skleněné vlákno (také známé jako R-skleněné vlákno nebo T{5}}skleněné vlákno) má výrazně lepší pevnost v tahu. S-skleněné vlákno je obvykle menší než E-skleněné vlákno, má lepší přilnavost v pryskyřičné matrici a lepší rázový výkon. Ale stojí to mnohem víc. Skleněné vlákno S-2 je komerční S-skleněné vlákno s vyšší -pevností, které má dvojnásobnou pevnost v tahu než typické E-skleněné vlákno a má také asi o 10–20 % vyšší tuhost. Ale téměř pro všechny aplikace stačí E-skleněné vlákno.
Sklolaminát se vyrábí vytlačováním roztavených (1700 stupňů) minerálních produktů (oxid křemičitý, hliník a oxid vápenatý atd.) skrz otvory o malém průměru. E-skleněná vlákna mají obvykle průměr asi 10–25 mikronů, což je činí většími než uhlíková vlákna.
2. Uhlíkové vlákno
Uhlíková vlákna přicházejí v mnoha variantách s různými mechanickými vlastnostmi a náklady. Uhlíkové vlákno není vytlačováno přímo z roztaveného materiálu, ale je vyrobeno tepelným zpracováním prekurzorového vlákna, včetně předběžné -oxidace ve vzdušné atmosféře a karbonizace v inertní atmosféře. Pod napětím se karbonová struktura uvnitř vlákna vyrovná, což pomáhá maximalizovat pevnost v tahu a tuhost.
Nejběžnějším prekurzorem používaným pro uhlíková vlákna je polyakrylonitrilové (PAN) vlákno. V současnosti jsou nejběžnější standardní a středně modulová uhlíková vlákna na bázi prekurzoru PAN. Modul uhlíkových vláken připravených systémem asfaltových (smolných) prekurzorů je obvykle vyšší. Jedno uhlíkové vlákno je obvykle menší než skleněné vlákno, má průměr pouhých 5 mikronů. Modulové uhlíkové vlákno je často klasifikováno jako standardní modul, střední modul (IM), vysoký modul (HM) a ultra-vysoký modul uhlíkového vlákna.
Další speciální výztužná vlákna v průmyslu
Kromě tradičního skla a uhlíku vyžadují specializované aplikace jedinečné architektury vláken:
- Kevlar aramidové vlákno:Syntetické aramidové vlákno vyvinuté společností DuPont. Mezi další komerční aramidová vlákna patří Twaron, Technora a Nomex. Jako výztužné vlákno pro kompozitní materiály se aramidové vlákno používá hlavně pro aplikace s vysokou pevností v tahu a odolností proti propíchnutí, opotřebení a rozbití. Často se používají v kombinaci s uhlíkovými nebo skleněnými vlákny.
- Čedičové vlákno:Vyrobeno pomocí procesu tavení a vytlačování podobnému skleněnému vláknu. Jeho pevnost v tahu a modul jsou o něco vyšší než E-skleněné vlákno, ale menší než uhlíkové vlákno. Hustota je podobná hustotě E-skelného vlákna. Cena se pohybuje mezi E-skleněným vláknem a uhlíkovým vláknem.
- Ultra-vysokomolekulární polyethylen:Jak Dyneema, tak Spectra jsou vlákna vyrobená z ultra-polyethylenu s vysokou molekulovou hmotností (UHMWPE) nebo extrudovaného vlákna z vysokomodulového polyetylenu (HMPE). UHMWPE je robustní, odolný a často se mísí s uhlíkovými vlákny pro zvýšení houževnatosti kompozitu a absorpci energie nárazu.
- Vysokomolekulární polypropylen:Innegra je vlákno vyrobené z polypropylenu s vysokou molekulovou hmotností (HMPP). I když není tak pevná jako Kevlar nebo Dyneema, Innegra je houževnatá a odolná proti nárazu a rozbití za nižší cenu.
- Rostlinná vlákna:Nejstaršími strukturálními výztužnými vlákny jsou dřevěná a rostlinná vlákna (jako je len a juta). Rostlinná vlákna sice nabízejí ekologické výhody, ale bojují s absorpcí vlhkosti a vykazují širší rozsah mechanické nekonzistence ve srovnání s umělým E-sklem.
- Keramická vlákna:Používá se v kompozitech s keramickou matricí (CMC) pro extrémně vysokou-teplotní odolnost. Ne-oxidová borová vlákna mají neuvěřitelnou pevnost v tlaku, zatímco vlákna z karbidu křemíku (SiC) nabízejí nejvyšší tvrdost.
Přeměna surových vláken na strukturální řešení: Rozdíl v LFT
Pouhé smíchání surových vláken s plasty pro těžké{0}}konstrukční aplikace nestačí. Standardní směsi s krátkými-vlákny používají nasekaná vlákna menší než 1 mm, která fungují jako částicová plniva, ale nedokážou účinně přenášet mechanické namáhání. Toto je místoTermoplasty s dlouhými vlákny (LFT/LFRT)stát se nezbytným.
Využitím technologie kontinuálního pultruzního slučování, LFT-G®zarovná E-skleněná vlákna nebo uhlíková vlákna PAN uvnitř polymerních matric (jako PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). V konečném vstřikovaném-komponentu si tato vlákna zachovávají délku 10–12 mm, čímž vytvářejí3D zámková kostra sítě. Tato vnitřní kostra dramaticky zlepšuje:
- Odolnost proti nárazu:Absorbuje mechanické nárazy a zabraňuje šíření trhlin.
- Rozměrová stabilita:Snižuje smršťování formy a eliminuje deformaci.
- Možnosti výměny kovu:Nahrazuje těžké hliníkové a ocelové komponenty a snižuje hmotnost dílů až o 50 %.
