Primarne vrste vlakana koje se koriste u kompozitima visokih{0}}konstrukcija
1. Staklena vlakna (fiberglass)
Postoji mnogo različitih varijanti fiberglasa, ali za kompozite, dvije su najčešće. E-staklena vlakna su standardni tip u gotovo svim proizvodima ojačanim staklenim vlaknima-, dok S-staklena vlakna (također poznata kao R-staklena ili T-staklena vlakna) imaju znatno bolju vlačnu čvrstoću. S{7}}staklena vlakna su obično manja od E-staklenih vlakana, imaju bolju adheziju u matrici smole, a učinak udara je poboljšan. Ali košta mnogo više. S-2 stakleno vlakno je komercijalno S-stakleno vlakno veće{13}}vrste, koje ima dvostruko veću zateznu čvrstoću od tipičnih E-staklenih vlakana i također ima oko 10-20% veću krutost. Ali za gotovo sve aplikacije, E-staklena vlakna su dovoljna.
Fiberglas se proizvodi ekstrudiranjem rastopljenih (1700 stepeni) mineralnih proizvoda (silicijum dioksid, aluminijum i kalcijum oksid, itd.) kroz rupe malog prečnika. Tipično, E-staklena vlakna imaju oko 10-25 mikrona u prečniku, što ih čini većim od karbonskih vlakana.
2. Ugljična vlakna
Ugljična vlakna dolaze u mnogim varijantama, s različitim mehaničkim svojstvima i troškovima. Ugljična vlakna se ne ekstrudiraju direktno iz rastaljenog materijala, već se proizvode toplinskom obradom prekursora vlakana, uključujući pre-oksidaciju u zračnoj atmosferi i karbonizaciju u inertnoj atmosferi. Pod zatezanjem, karbonska struktura unutar vlakna se poravnava, pomažući da se maksimizira vlačna čvrstoća i krutost.
Najčešći prekursor koji se koristi za karbonska vlakna je poliakrilonitrilna (PAN) vlakna. Trenutno, najčešći standardni i srednji modul karbonska vlakna su bazirana na PAN prekursoru. Modul karbonskih vlakana pripremljenih pomoću sistema prekursora asfalta (pitch) je obično veći. Jedno karbonsko vlakno je obično manje od staklenog vlakna, samo 5 mikrona u prečniku. Modulna karbonska vlakna se često klasificiraju sa standardnim modulom, srednjim modulom (IM), visokim modulom (HM) i ultra-ugljičnim vlaknima visokog modula.
Druga specijalna ojačavajuća vlakna u industriji
Osim tradicionalnog stakla i ugljika, specijalizirane primjene zahtijevaju jedinstvenu arhitekturu vlakana:
- Kevlar aramidna vlakna:Sintetičko aramidno vlakno koje je razvio DuPont. Ostala komercijalna aramidna vlakna uključuju Twaron, Technora i Nomex. Kao armaturno vlakno za kompozitne materijale, aramidna vlakna se uglavnom koriste za aplikacije s visokom vlačnom čvrstoćom i otpornošću na bušenje, habanje i lomljenje. Često se koriste u kombinaciji sa karbonskim ili staklenim vlaknima.
- Bazaltna vlakna:Napravljen postupkom topljenja i ekstruzije sličnim staklenim vlaknima. Njegova vlačna čvrstoća i modul su nešto veći od E-staklenih vlakana, ali manji od karbonskih vlakana. Gustina je slična onoj E-staklenih vlakana. Cijena je između E-staklenih vlakana i karbonskih vlakana.
- Polietilen ultra-visoke molekularne težine:I Dyneema i Spectra su vlakna napravljena od ekstrudiranog filamenta ultra-polietilena visoke molekularne težine (UHMWPE) ili polietilena visokog modula (HMPE). UHMWPE je robustan, izdržljiv i često se miješa s karbonskim vlaknima kako bi se poboljšala žilavost kompozita i apsorpcija energije udara.
- Polipropilen visoke molekularne težine:Innegra je vlakno napravljeno od polipropilena visoke molekularne težine (HMPP). Iako nije tako jaka kao Kevlar ili Dyneema, Innegra je čvrsta i otporna na udarce i lom po nižoj cijeni.
- Biljna vlakna:Najstarija vlakna za ojačanje strukture su drvena i biljna vlakna (kao što su lan i juta). Iako nude ekološke prednosti, biljna vlakna se bore sa apsorpcijom vlage i pokazuju širi raspon mehaničkih nedosljednosti u poređenju sa konstruiranim E-staklom.
- Keramička vlakna:Koristi se u keramičkim matričnim kompozitima (CMC) za ekstremno visoku -temperaturnu otpornost. Ne-borova oksidna vlakna posjeduju nevjerovatnu čvrstoću na pritisak, dok vlakna od silicijum karbida (SiC) nude vrhunsku tvrdoću.
Tranzicija sirovih vlakana u strukturna rješenja: LFT razlika
Jednostavno miješanje sirovih vlakana sa plastikom nije dovoljno za teške-konstrukcijske primjene. Standardna jedinjenja kratkih-vlakana koriste seckana vlakna ispod 1 mm, koja deluju kao punioci čestica, ali ne prenose efikasno mehanički stres. Evo gdjeTermoplastika dugih vlakana (LFT/LFRT)postati suštinski.
Koristeći tehnologiju kontinualne pultruzije, LFT-G®poravnava E-staklena vlakna ili PAN karbonska vlakna unutar polimernih matrica (poput PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). U završnoj komponenti brizganom{4}}, ova vlakna zadržavaju dužinu od 10-12 mm, stvarajući3D isprepletena skeletna mreža. Ovaj unutrašnji kostur dramatično poboljšava:
- Otpornost na udarce:Apsorbuje mehanički udar i sprečava širenje pukotina.
- Dimenzijska stabilnost:Smanjuje skupljanje kalupa i eliminiše savijanje.
- Mogućnosti zamjene metala:Zamjenjuje teške aluminijske i čelične komponente, smanjujući težinu dijelova do 50%.
