Podstawowe typy włókien stosowanych w-kompozytach o wysokich parametrach
1. Włókno szklane (włókno szklane)
Istnieje wiele różnych odmian włókna szklanego, ale w przypadku kompozytów dwa są najczęstsze. Włókno szklane E-jest standardowym typem w prawie wszystkich produktach-wzmacnianych włóknem szklanym, podczas gdy włókno szklane S-(znane również jako włókno szklane R-lub T-szklane) ma znacznie lepszą wytrzymałość na rozciąganie. Włókno szklane S-jest zwykle mniejsze niż włókno szklane E-, ma lepszą adhezję w matrycy żywicy i lepszą udarność. Ale to kosztuje dużo więcej. Włókno szklane S-2 to komercyjne włókno szklane S-o wyższej-wytrzymałości, które ma dwukrotnie większą wytrzymałość na rozciąganie niż typowe włókno szklane E-, a także ma około 10–20% większą sztywność. Jednak do prawie wszystkich zastosowań wystarczające jest włókno szklane typu E.
Włókno szklane wytwarza się poprzez wytłaczanie stopionych (1700 stopni) produktów mineralnych (krzemionki, aluminium i tlenku wapnia itp.) przez otwory o małej średnicy. Zazwyczaj włókna szklane E- mają średnicę około 10–25 mikronów, co czyni je większymi niż włókna węglowe.
2. Włókno węglowe
Włókna węglowe występują w wielu odmianach, o różnych właściwościach mechanicznych i kosztach. Włókno węglowe nie jest wytłaczane bezpośrednio ze stopionego materiału, ale jest wytwarzane w drodze obróbki cieplnej włókna prekursorowego, obejmującej wstępne{{1}utlenianie w atmosferze powietrza i karbonizację w atmosferze obojętnej. Pod napięciem struktura węgla we włóknie wyrównuje się, pomagając zmaksymalizować wytrzymałość na rozciąganie i sztywność.
Najpopularniejszym prekursorem stosowanym do produkcji włókna węglowego jest włókno poliakrylonitrylowe (PAN). Obecnie najpopularniejsze włókno węglowe o standardowym i średnim module opiera się na prekursorze PAN. Moduł włókna węglowego przygotowanego przez układ prekursora asfaltu (smoły) jest zwykle wyższy. Pojedyncze włókno węglowe jest zwykle mniejsze niż włókno szklane i ma zaledwie 5 mikronów średnicy. Włókno węglowe modułowe jest często klasyfikowane jako moduł standardowy, moduł pośredni (IM), moduł wysokomodułowy (HM) i włókno węglowe o ultra-wysokomodułowym.
Inne specjalistyczne włókna wzmacniające w przemyśle
Oprócz tradycyjnego szkła i węgla, specjalistyczne zastosowania wymagają unikalnych architektur włókien:
- Kevlarowe włókno aramidowe:Syntetyczne włókno aramidowe opracowane przez firmę DuPont. Inne dostępne na rynku włókna aramidowe obejmują Twaron, Technora i Nomex. Jako włókno wzmacniające do materiałów kompozytowych, włókno aramidowe jest stosowane głównie w zastosowaniach o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie oraz odporności na przebicie, zużycie i pękanie. Często stosuje się je w połączeniu z włóknem węglowym lub szklanym.
- Włókno bazaltowe:Wykonane w procesie topienia i wytłaczania podobnym do włókna szklanego. Jego wytrzymałość na rozciąganie i moduł są nieco wyższe niż w przypadku włókna szklanego E-, ale mniejsze niż w przypadku włókna węglowego. Gęstość jest podobna do gęstości włókna szklanego E-. Cena waha się pomiędzy włóknem szklanym- a włóknem węglowym.
- Polietylen o ultra-wysokiej masie cząsteczkowej:Zarówno Dyneema, jak i Spectra to włókna wykonane z wytłaczanego włókna polietylenowego o ultra-wysokiej masie cząsteczkowej (UHMWPE) lub polietylenu o wysokim module sprężystości (HMPE). UHMWPE jest wytrzymały, trwały i często mieszany z włóknami węglowymi w celu zwiększenia wytrzymałości kompozytu i pochłaniania energii uderzenia.
- Polipropylen o wysokiej masie cząsteczkowej:Innegra to włókno wykonane z polipropylenu o wysokiej masie cząsteczkowej (HMPP). Innegra nie jest tak mocna jak Kevlar czy Dyneema, ale jest wytrzymała i odporna na uderzenia i pęknięcia, przy niższych kosztach.
- Włókna roślinne:Najstarszymi konstrukcyjnymi włóknami wzmacniającymi są włókna drzewne i roślinne (takie jak len i juta). Oferując korzyści ekologiczne, włókna roślinne mają trudności z wchłanianiem wilgoci i wykazują szerszy zakres niespójności mechanicznych w porównaniu ze sztucznym szkłem E-.
- Włókna ceramiczne:Stosowany w kompozytach z osnową ceramiczną (CMC) ze względu na wyjątkowo wysoką-odporność na temperaturę. Włókna nie-tlenku boru charakteryzują się niesamowitą wytrzymałością na ściskanie, podczas gdy włókna węglika krzemu (SiC) zapewniają najwyższą twardość.
Przekształcenie surowych włókien w rozwiązania strukturalne: różnica LFT
W przypadku-ciężkich zastosowań konstrukcyjnych samo zmieszanie surowych włókien z tworzywami sztucznymi nie wystarczy. W standardowych mieszankach z krótkim-włóknem stosuje się włókna posiekane o grubości poniżej 1 mm, które działają jak wypełniacze w postaci cząstek, ale nie przenoszą skutecznie naprężeń mechanicznych. To jest gdzieTworzywa termoplastyczne o długich włóknach (LFT/LFRT)stać się niezbędnym.
Wykorzystując technologię ciągłego łączenia pultruzyjnego, LFT-G®wyrównuje włókna szklane E-lub włókna węglowe PAN wewnątrz matryc polimerowych (takich jak PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). W końcowym-komponentie formowanym wtryskowo włókna te zachowują długość 10–12 mm, tworzącSieć szkieletowa blokująca 3D. Ten wewnętrzny szkielet radykalnie się poprawia:
- Odporność na uderzenia:Absorbuje wstrząsy mechaniczne i zapobiega rozprzestrzenianiu się pęknięć.
- Stabilność wymiarowa:Zmniejsza skurcz formy i eliminuje wypaczenia.
- Możliwości wymiany metalu:Zastępuje ciężkie elementy aluminiowe i stalowe, zmniejszając masę części nawet o 50%.
