Vrlo različiti materijali
Kompozitni materijali se razlikuju od konvencionalnih materijala po tome što kompozitni dijelovi sadrže dvije različite komponente - vlakna i matrične materijale (najčešće polimerne smole) - koji ostaju odvojeni kada se kombiniraju, ali međusobno djeluju kako bi formirali novi materijal čija svojstva se ne mogu predvidjeti jednostavnim dodavanjem svojstava njegovih komponente.
Zapravo, jedna od glavnih prednosti kombinacije vlakna/smole je njena komplementarnost. Tanka staklena vlakna, na primjer, imaju relativno visoku vlačnu čvrstoću, ali se lako oštećuju. Nasuprot tome, većina polimernih smola ima slabu vlačnu čvrstoću, ali su vrlo čvrste i savitljive. Međutim, kada se vlakna i smola kombinuju, mogu nadoknaditi međusobne slabosti, stvarajući materijal koji je daleko korisniji od bilo koje pojedinačne komponente.
Strukturna svojstva kompozita uglavnom proizlaze iz armature vlaknima. Komercijalni kompoziti za velika tržišta, kao što su automobilski dijelovi, brodovi, roba široke potrošnje i industrijski dijelovi otporni na koroziju, obično se izrađuju od diskontinuiranih, nasumično orijentiranih fiberglasa ili kontinuiranih, ali neorijentiranih oblika vlakana.
Prvobitno razvijeni za vojno svemirsko tržište, napredni kompoziti, koji imaju bolje performanse od tradicionalnih konstrukcijskih metala, sada se nalaze u komunikacijskim satelitima, avionima, sportskoj robi, transportu, teškoj industriji i energetskom sektoru za istraživanje nafte i plina i izgradnju vjetroturbina.
Kompoziti visokih performansi izvode svoje strukturne karakteristike od kontinuiranih, orijentiranih materijala za ojačanje vlaknima visoke čvrstoće -- najčešće karbonskih vlakana, arilpoliamidnih vlakana ili staklenih vlakana -- u matrici koja poboljšava obradivost i poboljšava mehanička svojstva kao što su krutost i hemijska otpornost.
Orijentacija vlakana se može kontrolisati, što je faktor koji može poboljšati performanse u bilo kojoj primjeni. Na primjer, u kompozitnim osovinama za golf palice, bor i karbonska vlakna su orijentirana pod različitim uglovima unutar kompozitne osovine, sposobna da u potpunosti iskoriste svoje karakteristike čvrstoće i krutosti i izdrže opterećenja obrtnog momenta i višestruke sile savijanja, kompresije i istezanja.
Staklena vlakna
Velika većina vlakana koja se koriste u industriji kompozita su staklena. Stakloplastika je najstariji i najčešći materijal za ojačanje koji se koristi u većini primjena na krajnjem tržištu (sa avioindustrijom koja je važan izuzetak) za zamjenu težih metalnih komponenti.
Stakloplastika je teža i manje kruta od karbonskih vlakana, sljedećeg najčešćeg materijala za ojačanje, ali je otpornija na udarce i ima veće izduženje pri lomljenju (odnosno, rasteže se u većoj mjeri prije loma). Širok spektar karakteristika i nivoa performansi može se dobiti u zavisnosti od vrste stakla, prečnika filamenta, hemije premaza (koja se naziva "dimenzionisanje") i oblika vlakana.
Stakleni filamenti se isporučuju u obliku snopova koji se nazivaju niti, koji su skup neprekinutih staklenih filamenata.
Roving je obično snop neupletenih niti omotanih poput konca oko velikog kalema. Jednostrani roving se sastoji od kontinuiranog niza višestrukih staklenih filamenata koji se protežu duž dužine niti. Roving sa više krajeva sadrži dugačke, ali ne potpuno kontinuirane niti koje se dodaju ili ispuštaju u poređanom rasporedu tokom namotavanja. Pređa je skup niti upletenih zajedno.
Vlakna visokih performansi
Ugljična vlakna - daleko najčešće korištena vlakna u aplikacijama visokih performansi - napravljena su od raznih prekursora sistema, uključujući poliakrilonitril (PAN), rajon i asfalt. Prekursorska vlakna se hemijski tretiraju, zagrijavaju i rastežu, a zatim karboniziraju kako bi se proizvela vlakna visoke čvrstoće. Prva karbonska vlakna visokih performansi na tržištu napravljena su od prekursora rajona.
Danas su poliakrilonitrilna vlakna i vlakna na bazi asfalta zamijenila umjetna vlakna u većini primjena. Ugljična vlakna na bazi tave su najsvestranija. Nude nevjerovatan raspon svojstava, uključujući odličnu snagu i visoku krutost. Asfaltna vlakna se izrađuju od bitumena od nafte ili katrana i imaju visoku do ekstremno visoku krutost i niski do negativnog aksijalnog koeficijenta toplinskog širenja (CTE). Njihove CTE karakteristike su posebno korisne u aplikacijama svemirskih letjelica koje zahtijevaju upravljanje toplinom, kao što su kućišta elektronskih instrumenata.
Iako su jača od staklenih ili aramidnih vlakana, karbonska vlakna ne samo da su manje otporna na udarce, već su i podložna galvanskoj koroziji kada dođu u kontakt s metalom. Proizvođači prevazilaze posljednji problem korištenjem materijala za barijeru ili slojeva vela (obično stakloplastike/epoksida) tokom procesa laminata.
Osnovni oblik vlakana karbonskih vlakana visokih performansi je kontinuirani snop vlakana koji se naziva snop filamenta. Svežanj karbonskih vlakana sastoji se od hiljada kontinuiranih, neupletenih filamenata, broj filamenata predstavljen brojem nakon kojeg slijedi "K", što znači pomnoženo sa 1,000 (na primjer, 12K znači da je broj filamenata 12, 000). Grozdovi se mogu koristiti direktno u procesima kao što su namotavanje filamenta ili pultruziono oblikovanje ili se mogu pretvoriti u jednosmjerne trake, tkanine i druge ojačane oblike.
