Veľmi odlišné materiály
Kompozitné materiály sa líšia od konvenčných materiálov v tom, že kompozitné časti obsahujú dve odlišné zložky - vláknité a matricové materiály (najčastejšie polymérové živice) - ktoré zostávajú oddelené, keď sa spoja, ale vzájomne pôsobia a vytvárajú nový materiál, ktorého vlastnosti nemožno predpovedať jednoduchým pridaním vlastností jeho komponentov.
V skutočnosti je jednou z hlavných výhod kombinácie vlákno/živica jej komplementarita. Tenké sklenené vlákna majú napríklad relatívne vysokú pevnosť v ťahu, ale ľahko sa poškodia. Na rozdiel od toho má väčšina polymérnych živíc slabú pevnosť v ťahu, ale sú veľmi húževnaté a tvárne. Keď sa však vlákno a živica skombinujú, môžu navzájom kompenzovať svoje slabé stránky a vytvoriť materiál, ktorý je oveľa užitočnejší ako ktorýkoľvek jednotlivý komponent.
Štrukturálne vlastnosti kompozitov sú odvodené najmä od vystuženia vláknami. Komerčné kompozity pre veľké trhy, ako sú automobilové diely, lode, spotrebný tovar a priemyselné diely odolné voči korózii, sa zvyčajne vyrábajú z nespojitých, náhodne orientovaných sklených vlákien alebo z kontinuálnych, ale neorientovaných foriem vlákien.
Pokročilé kompozity, ktoré boli pôvodne vyvinuté pre vojenský letecký a kozmický trh, sú výkonnejšie ako tradičné konštrukčné kovy a dnes sa nachádzajú v komunikačných satelitoch, lietadlách, športovom tovare, doprave, ťažkom priemysle a energetickom sektore pri ťažbe ropy a zemného plynu a konštrukcii veterných turbín.
Vysokovýkonné kompozity odvodzujú svoje štrukturálne charakteristiky z kontinuálnych, orientovaných, vysokopevnostných vláknitých výstužných materiálov --, najčastejšie uhlíkových vlákien, arylpolyamidových vlákien alebo sklenených vlákien -- v matrici, ktorá zlepšuje obrobiteľnosť a zlepšuje mechanické vlastnosti ako je tuhosť a chemická odolnosť.
Orientácia vlákna môže byť riadená, čo je faktor, ktorý môže zlepšiť výkon v akejkoľvek aplikácii. Napríklad v kompozitných driekoch golfových palíc sú bórové a uhlíkové vlákna orientované v rámci kompozitného drieku pod rôznymi uhlami, čím sú schopné naplno využiť ich charakteristiky pevnosti a tuhosti a odolávať krútiacim zaťaženiam a viacnásobným ohybovým, kompresným a ťahovým silám.
Sklenené vlákno
Prevažná väčšina vlákien používaných v kompozitnom priemysle je sklenená. Sklolaminát je najstarší a najbežnejší výstužný materiál používaný vo väčšine aplikácií na koncovom trhu (s dôležitou výnimkou je letecký priemysel) na nahradenie ťažších kovových komponentov.
Sklolaminát je ťažší a menej pevný ako uhlíkové vlákno, ďalší najbežnejší výstužný materiál, ale je odolnejší voči nárazom a má väčšie predĺženie pri pretrhnutí (to znamená, že sa pred pretrhnutím vo väčšej miere natiahne). V závislosti od typu skla, priemeru vlákna, chémie povlaku (tzv. "sizing") a formy vlákna možno získať širokú škálu charakteristík a úrovní výkonu.
Sklenené vlákna sa dodávajú vo forme zväzkov nazývaných pramene, čo sú súbory nekonečných sklenených vlákien.
Roving je zvyčajne zväzok neskrútených prameňov omotaných ako niť okolo veľkej cievky. Predpriadze s jedným koncom pozostáva zo súvislého prameňa viacerých sklenených vlákien, ktoré prebiehajú po dĺžke prameňa. Viackoncový prameň obsahuje dlhé, ale nie úplne súvislé pramene, ktoré sa pridávajú alebo upúšťajú v striedavom usporiadaní počas navíjania. Priadza je zbierka prameňov skrútených dohromady.
Vysoko výkonné vlákno
Uhlíkové vlákno – zďaleka najpoužívanejšie vlákno vo vysokovýkonných aplikáciách – sa vyrába z rôznych prekurzorových systémov vrátane polyakrylonitrilu (PAN), umelého hodvábu a asfaltu. Prekurzorové vlákna sa chemicky upravujú, zahrievajú a naťahujú a potom karbonizujú, čím sa získajú vlákna s vysokou pevnosťou. Prvé vysokovýkonné uhlíkové vlákno na trhu bolo vyrobené z prekurzorov umelého hodvábu.
Dnes vlákna na báze polyakrylonitrilu a asfaltu vo väčšine aplikácií nahradili umelé vlákna. Uhlíkové vlákno na báze panvy je najuniverzálnejšie. Ponúkajú úžasnú škálu vlastností vrátane vynikajúcej pevnosti a vysokej tuhosti. Asfaltové vlákna sú vyrobené z ropy alebo uhoľného dechtu a majú vysokú až extrémne vysokú tuhosť a nízky až negatívny axiálny koeficient tepelnej rozťažnosti (CTE). Ich CTE charakteristiky sú obzvlášť užitočné v aplikáciách kozmických lodí vyžadujúcich tepelné riadenie, ako sú kryty elektronických prístrojov.
Hoci sú pevnejšie ako sklenené alebo aramidové vlákna, uhlíkové vlákna sú nielen menej odolné voči nárazom, ale pri kontakte s kovom podliehajú aj galvanickej korózii. Výrobcovia prekonávajú posledný problém použitím bariérových materiálov alebo závojových vrstiev (zvyčajne sklených vlákien/epoxidu) počas procesu laminátu.
Základnou vláknitou formou vysokovýkonného uhlíkového vlákna je súvislý zväzok vlákien nazývaný zväzok filamentov. Zväzok uhlíkových vlákien sa skladá z tisícov nekonečných, nekrútených vlákien, pričom počet vlákien predstavuje číslo, za ktorým nasleduje „K“, čo znamená vynásobený 1,000 (napríklad 12K znamená, že počet vlákien je 12, 000). Zväzky môžu byť použité priamo v procesoch, ako je navíjanie vlákna alebo pultrúzne tvarovanie, alebo môžu byť premenené na jednosmerné stuhy, tkaniny a iné vystužené formy.
