Heel verschillende materialen
Composietmaterialen verschillen van conventionele materialen doordat composietonderdelen twee verschillende componenten bevatten - vezel- en matrixmaterialen (meestal polymeerharsen) - die gescheiden blijven wanneer ze worden gecombineerd, maar op elkaar inwerken om een nieuw materiaal te vormen waarvan de eigenschappen niet kunnen worden voorspeld door simpelweg de eigenschappen van de materialen op te tellen. componenten.
Een van de belangrijkste voordelen van de vezel/harscombinatie is de complementariteit ervan. Dunne glasvezels hebben bijvoorbeeld een relatief hoge treksterkte, maar raken gemakkelijk beschadigd. Daarentegen hebben de meeste polymeerharsen een zwakke treksterkte, maar zijn ze zeer taai en kneedbaar. Wanneer vezels en hars echter worden gecombineerd, kunnen ze elkaars zwakke punten compenseren, waardoor een materiaal ontstaat dat veel nuttiger is dan welk afzonderlijk onderdeel dan ook.
De structurele eigenschappen van composieten zijn voornamelijk afkomstig van vezelversterking. Commerciële composieten voor grote markten, zoals auto-onderdelen, schepen, consumptiegoederen en corrosiebestendige industriële onderdelen, worden doorgaans gemaakt van discontinue, willekeurig georiënteerde glasvezel of continue maar niet-georiënteerde vezelvormen.
Oorspronkelijk ontwikkeld voor de militaire lucht- en ruimtevaartmarkt, worden geavanceerde composieten, die beter presteren dan traditionele structurele metalen, nu aangetroffen in communicatiesatellieten, vliegtuigen, sportartikelen, transport, zware industrie en de energiesector voor olie- en gasexploratie en de bouw van windturbines.
Hoogwaardige composieten ontlenen hun structurele kenmerken aan continue, georiënteerde, zeer sterke vezelversterkingsmaterialen -- meestal koolstofvezel, arylpolyamidevezel of glasvezel -- in een matrix die de bewerkbaarheid verbetert en de mechanische eigenschappen verbetert zoals stijfheid en chemische bestendigheid.
De vezeloriëntatie kan worden gecontroleerd, wat een factor is die de prestaties in elke toepassing kan verbeteren. In composiet golfclubschachten zijn boor- en koolstofvezels bijvoorbeeld onder verschillende hoeken binnen de composietas georiënteerd, waardoor ze volledig kunnen profiteren van hun sterkte- en stijfheidseigenschappen en bestand zijn tegen koppelbelastingen en meerdere buig-, compressie- en trekkrachten.
Glasvezel
De overgrote meerderheid van de vezels die in de composietindustrie worden gebruikt, zijn glas. Glasvezel is het oudste en meest voorkomende versterkingsmateriaal dat in de meeste eindmarkttoepassingen wordt gebruikt (met de lucht- en ruimtevaartindustrie als belangrijke uitzondering) ter vervanging van zwaardere metalen componenten.
Glasvezel is zwaarder en minder stijf dan koolstofvezel, het volgende meest voorkomende versterkingsmateriaal, maar het is schokbestendiger en heeft een grotere rek bij breuk (dat wil zeggen, het rekt meer uit voordat het breekt). Er kan een breed scala aan kenmerken en prestatieniveaus worden verkregen, afhankelijk van het type glas, de filamentdiameter, de coatingchemie ("sizing" genoemd) en de vezelvorm.
Glasfilamenten worden geleverd in de vorm van bundels die strengen worden genoemd. Dit zijn verzamelingen van continue glasfilamenten.
Roving is meestal een bundel niet-getwiste strengen die als draad om een grote spoel zijn gewikkeld. Roving met één uiteinde bestaat uit een doorlopende streng van meerdere glasfilamenten die over de hele lengte van de streng lopen. Roving met meerdere uiteinden bevat lange maar niet volledig doorlopende strengen die tijdens het opwikkelen in een verspringende opstelling worden toegevoegd of laten vallen. Garen is een verzameling strengen die in elkaar zijn gedraaid.
Hoogwaardige vezels
Koolstofvezel – veruit de meest gebruikte vezel in hoogwaardige toepassingen – wordt gemaakt van een verscheidenheid aan precursorsystemen, waaronder polyacrylonitril (PAN), rayon en asfalt. Voorlopervezels worden chemisch behandeld, verwarmd en uitgerekt en vervolgens gecarboniseerd om vezels met hoge sterkte te produceren. De eerste hoogwaardige koolstofvezel op de markt werd gemaakt van rayonvoorlopers.
Tegenwoordig hebben polyacrylonitril en op asfalt gebaseerde vezels in de meeste toepassingen de plaats ingenomen van kunstmatige vezels. Pan-gebaseerde koolstofvezel is het meest veelzijdig. Ze bieden een verbazingwekkende reeks eigenschappen, waaronder uitstekende sterkte en hoge stijfheid. Asfaltvezels worden gemaakt van aardolie- of koolteerbitumen en hebben een hoge tot extreem hoge stijfheid en een lage tot de negatieve axiale thermische uitzettingscoëfficiënt (CTE). Hun CTE-kenmerken zijn vooral nuttig in ruimtevaartuigtoepassingen die thermisch beheer vereisen, zoals behuizingen van elektronische instrumenten.
Hoewel ze sterker zijn dan glas- of aramidevezels, zijn koolstofvezels niet alleen minder slagvast, maar ondergaan ze ook galvanische corrosie als ze in contact komen met metaal. Fabrikanten overwinnen dit laatste probleem door tijdens het laminaatproces barrièrematerialen of sluierlagen (meestal glasvezel/epoxy) te gebruiken.
De basisvezelvorm van hoogwaardige koolstofvezel is een continue vezelbundel, een zogenaamde filamentbundel. Een koolstofvezelbundel bestaat uit duizenden continue, niet-getwiste filamenten, waarbij het aantal filamenten wordt weergegeven door een getal gevolgd door een 'K', wat betekent vermenigvuldigd met 1,000 (12K betekent bijvoorbeeld dat het aantal filamenten gelijk is aan 12,000). Bossen kunnen direct worden gebruikt in processen zoals het wikkelen van filamenten of pultrusiegieten, of kunnen worden omgezet in unidirectionele linten, stoffen en andere versterkte vormen.
