Výztužné materiály

Textilní vlákno je souhrnný pojem pro jemná vlákna spředená z roztaveného skla s téměř kruhovým průřezem. Textilní sklo se vyrábí z vysoce kvalitního E-skla a pro speciální účely také z R-skla a C-skla. Relativně vysoká pevnost a hodnoty modulu pružnosti jsou důsledkem silných vazeb mezi křemíkem a kyslíkem v prostorové síti. Díky amorfní struktuře jsou skleněná vlákna na rozdíl od uhlíkových nebo aramidových vláken izotropní.

Po výrobě se na čerstvě vytvarovaná skleněná vlákna nanáší apretura. Ta slepuje vlákna, chrání povrch a slouží jako adhezivní prostředek pro matrici.

Uhlíková vlákna, neboli C-vlákna, se skládají z více než 90 % z čistého uhlíku a mají průměr 5–10 mikrometrů.
Jako výchozí surovina se obvykle používá PAN (polyakrylonitrilová vlákna), kalafuna nebo celulóza.

Zvláštní vlastnosti

• vysoká pevnost až do cca 2 500 °C
• velmi anizotropní
• záporná tepelná roztažnost ve směru vlákna
• tepelně a elektricky vodivé
• dobrá snášenlivost s tělem
• citlivý na ohyb a tlak
• velmi odolný proti korozi
• velmi drahé

Po výrobě se vlákna C podrobuje povrchové úpravě. Při tom se povrch oxiduje, aby se vytvořilo co největší množství povrchových oxidů, které mohou navázat chemické vazby s matricovým systémem. Povrch vláken je ihned po předúpravě opatřen povrchovou úpravou. Jedná se o látku, která má v první řadě zabránit navázání vody na aktivní povrch a obsahuje funkční skupiny pro vazbu na matrici.

Aramidová vlákna (Kevlar) jsou lineární organické polymery s vysokou pevností a tuhostí. Stejně jako vlákno C vykazuje i aramidové vlákno díky vysoké molekulární orientaci záporný koeficient tepelné roztažnosti (entropický efekt).

Zvláštní vlastnosti

• nejlehčí výztužné vlákno
• velmi citlivé na tlak
• silně anizotropní
• silná absorpce vlhkosti
• citlivost na UV záření
• špatná přilnavost k matrici
• špatná obrobitelnost
• velmi drahé

Povrch aramidového vlákna je chemicky inertní a velmi hladký. Chemická nebo mechanická přilnavost k matrici je proto v podstatě vyloučena. Nanesená úprava má v tomto případě pouze ochrannou funkci.

Bazaltová vlákna se vyrábějí z roztavené bazaltové horniny a jsou tažena do souvislých vláken. Jsou minerálního původu a nekovová. Jako výztužný materiál jsou k dispozici mimo jiné ve formě rovingů, rohoží, tkanin a pletiv.

Zvláštní vlastnosti

• vysoká teplotní a chemická odolnost
• dobrá mechanická pevnost a tuhost
• elektrická izolace
• dobrá odolnost proti vlhkosti
• v závislosti na struktuře vláken dobré tlumení hluku a vibrací
• minerální surovina

Pro pultruzi jsou relevantní především vhodné bazaltové rovingy. Zpracovatelnost a následné vlastnosti dílu závisí mimo jiné na apretuře, systému pryskyřic, obsahu vláken a geometrii dílu.

Celulózové vlákno

Celulózová vlákna patří do skupiny organických výztužných vláken. Obvykle se skládají ze sulfátové buničiny z bukového dřeva nebo z čisté bavlněné celulózy.

V počátcích technologie kompozitních materiálů se tato vlákna používala k vyztužení fenolových pryskyřic. I dnes se s nimi lze setkat v produktech z fenolového papíru.

Vlákno PAN

Polyakrylonitrilové vlákno patří do skupiny syntetických organických výztužných vláken.
PAN-vlákno je vysoce pevné vlákno s ledvinovitým průřezem. Používá se především jako náhradní materiál v azbestocementových výrobcích a v brzdových destičkách.

Polyethylenové vlákno

Polyethylenové vlákno patří do skupiny syntetických organických výztužných vláken.

PE vlákno se skládá z vysoce taženého UHMW PE. Její teplota tání se pohybuje kolem 150 °C a má sklon k tečnému deformování. Má však vysokou schopnost pohlcovat nárazovou energii a používá se především jako hybridní materiál (v kombinaci s jinými výztužnými vlákny).

Keramické vlákno

Keramické vlákno patří do skupiny syntetických anorganických výztužných vláken.
Keramické vlákno se používá k vyztužení kovových materiálů

Dřevná vlákna

Dřevná vlákna patří do skupiny přírodních organických výztužných vláken.

Dřevní moučky, které se používají k vyztužení fenolformaldehydových a melaminformaldehydových formovacích hmot, jsou zpravidla jemně rozemleté dřevní vlákna ze smrkového nebo bukového dřeva.

Polyesterová vlákna (PET)

Polyesterová vlákna patří do skupiny organicko-syntetických výztužných vláken.
Používají se především v textilním průmyslu. Jejich pevnost v tahu je přibližně srovnatelná s pevností polyamidových vláken, avšak jejich rázová houževnatost převyšuje rázovou houževnatost většiny syntetických vláken. Pokud jsou zpracovávána v kombinaci se skleněnými vlákny, vede to u kompozitních materiálů ke zlepšení rázové houževnatosti.

Azbestové vlákno

Azbestová vlákna patří do skupiny anorganických přírodních výztužných vláken.

Azbest je nejstarší anorganická vláknitá hmota, která se získávala z přírodních ložisek minerálů (hydratované Mg- a Na-silikáty). Z známých důvodů se dnes již nepoužívají a jsou nahrazovány jinými materiály.

Kovová vlákna

Kovová vlákna patří do skupiny syntetických anorganických výztužných vláken.
Kovová vlákna mohou být vyrobena z oceli, mosazi, bronzu, mědi, hliníku, stříbra, zlata a platiny.
Kovová vlákna se používají k vyztužení kovových materiálů.

Sisalové vlákno

Sisalové vlákno patří do skupiny přírodních organických výztužných vláken.

Navzdory nižší ceně ve srovnání se skleněnými vlákny se však nedokázala prosadit.

Teprve když se hledal náhradní materiál za azbest při výrobě brzdových obložení, se o sisalu opět začalo hovořit.

Polyamidové vlákno

Polyamidová vlákna patří do skupiny syntetických organických výztužných vláken.

Technicky nejdůležitější polyamidová vlákna jsou založena na PA 66 a PA 6. Ve kompozitu zlepšují především pružnost a odolnost proti tečení.

Borové vlákno

Borové vlákno patří do skupiny syntetických anorganických výztužných vláken.

Borové vlákno se vyrábí metodou nanášení na nosič. Jako substrát slouží wolfram. Tenký wolframový drát se elektricky zahřívá a bor se z plynné fáze vysráží.

Borové vlákna se používají k vyztužení kovových materiálů.

Whisker

Whisker patří do skupiny syntetických anorganických výztužných materiálů.
Whiskery jsou synteticky vyráběná monokrystalická anorganická vlákna. Pokud se podaří tato vlákna orientovat pomocí taveniny, získá se kompozitní materiál s mimořádnou pevností.