Primárne typy vlákien používané vo vysokovýkonných{0}}kompozitoch
1. Sklenené vlákno (sklolaminát)
Existuje mnoho rôznych druhov sklolaminátu, ale v prípade kompozitov sú najbežnejšie dva. E-sklenené vlákno je štandardným typom v takmer všetkých sklolaminátových{2}}vystužených výrobkoch, zatiaľ čo S-sklenené vlákno (známe aj ako R-sklenené alebo T{5}}vlákno) má výrazne lepšiu pevnosť v ťahu. S-sklenené vlákno je zvyčajne menšie ako E-sklenené vlákno, má lepšiu priľnavosť k živicovej matrici a zlepšuje sa rázový výkon. Ale stojí to oveľa viac. Sklenené vlákno S-2 je komerčné sklenené vlákno S-s vyššou pevnosťou, ktoré má dvojnásobnú pevnosť v ťahu ako typické sklenené vlákno E{17}}a má tiež približne o 10 – 20 % vyššiu tuhosť. Ale pre takmer všetky aplikácie postačuje E-sklenené vlákno.
Sklolaminát sa vyrába vytláčaním roztavených (1700 stupňov) minerálnych produktov (oxid kremičitý, hliník a oxid vápenatý atď.) cez otvory s malým priemerom. E-sklenené vlákna majú zvyčajne priemer približne 10-25 mikrónov, čo ich robí väčšími ako uhlíkové vlákna.
2. Uhlíkové vlákno
Uhlíkové vlákna prichádzajú v mnohých variantoch s rôznymi mechanickými vlastnosťami a nákladmi. Uhlíkové vlákno nie je vytláčané priamo z roztaveného materiálu, ale je vyrobené tepelným spracovaním prekurzorového vlákna, vrátane predbežnej -oxidácie v atmosfére vzduchu a karbonizácie v inertnej atmosfére. Pod napätím sa karbónová štruktúra vo vnútri vlákna zarovná, čo pomáha maximalizovať pevnosť v ťahu a tuhosť.
Najbežnejším prekurzorom používaným pre uhlíkové vlákna je polyakrylonitrilové (PAN) vlákno. V súčasnosti sú najbežnejšie štandardné a stredne modulové uhlíkové vlákna založené na prekurzore PAN. Modul uhlíkových vlákien pripravených systémom prekurzorov asfaltu (smoly) je zvyčajne vyšší. Jedno uhlíkové vlákno je zvyčajne menšie ako sklenené vlákno, má priemer iba 5 mikrónov. Modulové uhlíkové vlákna sa často klasifikujú ako uhlíkové vlákna so štandardným modulom, stredným modulom (IM), vysokým modulom (HM) a ultra-vysokým modulom.
Ďalšie špeciálne výstužné vlákna v priemysle
Okrem tradičného skla a uhlíka si špecializované aplikácie vyžadujú jedinečné architektúry vlákien:
- Kevlar aramidové vlákno:Syntetické aramidové vlákno vyvinuté spoločnosťou DuPont. Ďalšie komerčné aramidové vlákna zahŕňajú Twaron, Technora a Nomex. Ako výstužné vlákno pre kompozitné materiály sa aramidové vlákno používa hlavne na aplikácie s vysokou pevnosťou v ťahu a odolnosťou proti prepichnutiu, opotrebovaniu a rozbitiu. Často sa používajú v kombinácii s uhlíkovými alebo sklenenými vláknami.
- Čadičové vlákno:Vyrobené pomocou procesu tavenia a vytláčania podobne ako sklenené vlákno. Jeho pevnosť v ťahu a modul sú o niečo vyššie ako E-sklenené vlákno, ale menšie ako uhlíkové vlákno. Hustota je podobná hustote E-skleneného vlákna. Cena sa pohybuje medzi E-skleneným vláknom a uhlíkovým vláknom.
- Ultra-polyetylén s vysokou molekulovou hmotnosťou:Dyneema aj Spectra sú vlákna vyrobené z extrudovaného vlákna ultra-polyetylénu s vysokou molekulovou hmotnosťou (UHMWPE) alebo vysokomodulového polyetylénu (HMPE). UHMWPE je robustný, odolný a často zmiešaný s uhlíkovými vláknami na zvýšenie odolnosti kompozitu a absorpciu nárazovej energie.
- Polypropylén s vysokou molekulovou hmotnosťou:Innegra je vlákno vyrobené z polypropylénu s vysokou molekulovou hmotnosťou (HMPP). Aj keď nie je taká pevná ako Kevlar alebo Dyneema, Innegra je pevná a odolná voči nárazom a rozbitiu za nižšiu cenu.
- Rastlinné vlákna:Najstaršie štrukturálne výstužné vlákna sú drevené a rastlinné vlákna (ako je ľan a juta). Rastlinné vlákna síce ponúkajú ekologické výhody, no zápasia s absorpciou vlhkosti a vykazujú širší rozsah mechanickej nekonzistencie v porovnaní s umelým E-sklom.
- Keramické vlákna:Používa sa v kompozitoch s keramickou matricou (CMC) pre extrémne vysokú-teplotnú odolnosť. Ne-oxidové bórové vlákna majú neuveriteľnú pevnosť v tlaku, zatiaľ čo vlákna z karbidu kremíka (SiC) ponúkajú najvyššiu tvrdosť.
Premena surových vlákien na štrukturálne riešenia: Rozdiel v LFT
Jednoduché zmiešanie surových vlákien s plastmi nestačí pre náročné{0}}konštrukčné aplikácie. Štandardné zmesi krátkych-vlákien používajú nasekané vlákna menšie ako 1 mm, ktoré fungujú ako časticové plnivá, ale nedokážu účinne prenášať mechanické namáhanie. Toto je miestoTermoplasty s dlhými vláknami (LFT/LFRT)sa stávajú nevyhnutnými.
Využitím technológie kontinuálneho pultrúzneho zlučovania LFT-G®zarovnáva E-sklenené vlákna alebo uhlíkové vlákna PAN vo vnútri polymérnych matríc (ako PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). Vo finálnom vstrekovanom-komponente si tieto vlákna zachovávajú dĺžku 10 – 12 mm, čím vytvárajú3D zámková kostrová sieť. Táto vnútorná kostra dramaticky zlepšuje:
- Odolnosť proti nárazu:Absorbuje mechanické nárazy a zabraňuje šíreniu trhlín.
- Rozmerová stabilita:Znižuje zmršťovanie plesní a eliminuje deformácie.
- Schopnosť výmeny kovu:Nahrádza ťažké hliníkové a oceľové komponenty, čím znižuje hmotnosť dielov až o 50 %.
