Suorituskykyisissä{0}}komposiiteissa käytettävät ensisijaiset kuitutyypit
1. Lasikuitu (lasikuitu)
Lasikuituja on monia erilaisia, mutta komposiiteille kaksi on yleisintä. E-lasikuitu on vakiotyyppi melkein kaikissa lasikuitu-vahvistetuissa tuotteissa, kun taas S-lasikuidulla (tunnetaan myös nimellä R-lasi tai T-lasikuitu) on huomattavasti parempi vetolujuus. S-lasikuitu on yleensä pienempi kuin E-lasikuitu, sillä on parempi tarttuvuus hartsimatriisiin ja iskunkesto on parempi. Mutta se maksaa paljon enemmän. S-2-lasikuitu on vahvempi-lujuus kaupallinen S--lasikuitu, jonka vetolujuus on kaksinkertainen tyypilliseen E-lasikuituun ja jonka jäykkyys on noin 10-20 % suurempi. Mutta lähes kaikkiin sovelluksiin E-lasikuitu riittää.
Lasikuitua valmistetaan suulakepuristamalla sulat (1700 astetta) mineraalituotteet (piidioksidi, alumiini ja kalsiumoksidi jne.) pienikokoisten reikien läpi. Tyypillisesti E-lasikuidut ovat halkaisijaltaan noin 10-25 mikronia, joten ne ovat suurempia kuin hiilikuidut.
2. Hiilikuitu
Hiilikuituja on monenlaisia, ja niiden mekaaniset ominaisuudet ja kustannukset vaihtelevat. Hiilikuitua ei suulakepuristeta suoraan sulasta materiaalista, vaan se valmistetaan esikuidun lämpökäsittelyllä, mukaan lukien esihapetus ilmakehässä ja karbonointi inertissä ilmakehässä. Jännityksessä kuidun sisällä oleva hiilirakenne linjautuu, mikä auttaa maksimoimaan vetolujuuden ja jäykkyyden.
Yleisin hiilikuidun esiaste on polyakryylinitriilikuitu (PAN). Tällä hetkellä yleisimmät standardi- ja keskimoduuliset hiilikuidut perustuvat PAN-esiasteeseen. Asfaltin (pikeä) esiastejärjestelmällä valmistetun hiilikuidun moduuli on yleensä korkeampi. Yksi hiilikuitu on tyypillisesti pienempi kuin lasikuitu, vain 5 mikronia halkaisijaltaan. Modulus-hiilikuitu luokitellaan usein standardimoduuliin, keskimoduuliin (IM), korkeamoduuliin (HM) ja ultra{5}}korkean moduulin hiilikuituihin.
Muut teollisuuden erikoislujitekuidut
Perinteisen lasin ja hiilen lisäksi erikoissovellukset vaativat ainutlaatuisia kuituarkkitehtuuria:
- Kevlar Aramid Fiber:DuPontin kehittämä synteettinen aramidikuitu. Muita kaupallisia aramidikuituja ovat Twaron, Technora ja Nomex. Komposiittimateriaalien vahvistuskuituna aramidikuitua käytetään pääasiassa sovelluksissa, joissa on korkea vetolujuus ja lävistys-, kulumis- ja murtumiskestävyys. Niitä käytetään usein yhdessä hiilikuidun tai lasikuidun kanssa.
- Basalttikuitu:Valmistettu lasikuitua vastaavalla sulatus- ja suulakepuristusprosessilla. Sen vetolujuus ja moduuli ovat hieman korkeammat kuin E-lasikuidun, mutta pienemmät kuin hiilikuidun. Tiheys on samanlainen kuin E-lasikuidun. Hinta on E-lasikuidun ja hiilikuidun välillä.
- Ultra-korkean molekyylipainon polyeteeni:Sekä Dyneema että Spectra ovat kuituja, jotka on valmistettu ultra-suurimolekyylipainoisesta polyeteenistä (UHMWPE) tai korkean moduulin polyeteenistä (HMPE) ekstrudoidusta filamentista. UHMWPE on luja, kestävä ja usein sekoitettu hiilikuituihin parantaakseen komposiitin sitkeyttä ja iskuenergian imeytymistä.
- Korkean molekyylipainon polypropeeni:Innegra on korkean molekyylipainon polypropeenista (HMPP) valmistettu kuitu. Vaikka Innegra ei ole yhtä vahva kuin Kevlar tai Dyneema, se on sitkeä ja kestää iskuja ja rikkoutumista halvemmalla.
- Kasvikuidut:Vanhimmat rakenteelliset vahvistavat kuidut ovat puu- ja kasvikuidut (kuten pellava ja juutti). Vaikka kasvikuidut tarjoavat ekologisia etuja, ne kamppailevat kosteuden imeytymisen kanssa ja niissä on laajempi valikoima mekaanisia epäjohdonmukaisuuksia verrattuna suunniteltuihin E{1}}laseihin.
- Keraamiset kuidut:Käytetään keraamisissa matriisikomposiiteissa (CMC) erittäin korkean -lämpötilan kestävyyden saavuttamiseksi. Ei--oksidiboorikuiduilla on uskomaton puristuslujuus, kun taas piikarbidikuidut (SiC) tarjoavat erinomaisen kovuuden.
Raakakuitujen muuttaminen rakenneratkaisuiksi: LFT-ero
Pelkkä raakakuitujen sekoittaminen muoviin ei riitä raskaisiin{0}}rakennesovelluksiin. Tavallisissa lyhyissä{2}}kuituyhdisteissä käytetään alle 1 mm:n katkottuja kuituja, jotka toimivat hiukkasmaisina täyteaineina, mutta eivät siirrä mekaanista rasitusta tehokkaasti. Tämä on paikkaPitkäkuituiset termoplastit (LFT/LFRT)tullut välttämättömäksi.
Hyödyntämällä jatkuvaa pultruusiosekoitustekniikkaa LFT{0}}G®kohdistaa E-lasikuituja tai PAN-hiilikuituja polymeerimatriisien (kuten PP, PA6, PA12, PPS, PEEK) sisään. Lopullisessa ruiskupuristetussa-komponentissa nämä kuidut säilyttävät 10-12 mm pituuden, mikä muodostaa3D-lukitusrunkoverkko. Tämä sisäinen luuranko parantaa dramaattisesti:
- Iskunkestävyys:Vaimentaa mekaanisia iskuja ja estää halkeamien leviämisen.
- Mittojen vakaus:Vähentää homeen kutistumista ja eliminoi vääntymisen.
- Metallin vaihtomahdollisuudet:Korvaa raskaat alumiini- ja teräskomponentit vähentäen osan painoa jopa 50 %.
