Zpevňující materiály

Textilní vlákno je souhrnné označení pro jemná vlákna upředená z roztaveného skla s téměř kulatým průřezem. Textilní sklo se vyrábí z vysoce kvalitního E-skla a pro speciální aplikace také z R-skla a C-skla. Relativně vysoké hodnoty pevnosti a modulu pružnosti jsou důsledkem silných vazeb mezi křemíkem a kyslíkem v prostorové síti. Díky své amorfní struktuře jsou skleněná vlákna na rozdíl od uhlíkových nebo aramidových vláken izotropní.

Po výrobě se na čerstvě vytvořená skleněná vlákna nanese tříslo. To spojuje vlákna, chrání povrch a působí jako pojivo pro matrici.

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

Zvláštní vlastnosti

• vysoká pevnost až do cca 2 500 °C
• velmi anizotropní
• záporná tepelná roztažnost ve směru vláken
• tepelně a elektricky vodivé
• dobrá fyzikální kompatibilita
• citlivé na ohyb a tlak
• velmi odolné proti korozi
• velmi drahé

Po výrobě se C-vlákna povrchově upravují. Povrch se oxiduje, aby vzniklo co nejvíce povrchových oxidů, které mohou vytvářet chemické vazby s matricovým systémem. Povrch vláken je ihned po předúpravě opatřen vláknitou povrchovou úpravou. Jedná se o látku, která zpočátku zabraňuje hromadění vody na aktivním povrchu a obsahuje funkční skupiny pro vazbu na matricový systém.

Aramidová vlákna (kevlar) jsou lineární organické polymery s vysokou pevností a tuhostí. Stejně jako C-vlákna mají aramidová vlákna záporný koeficient tepelné roztažnosti v důsledku vysoké orientace molekul (entropický efekt).

Zvláštní vlastnosti

• nejlehčí výztužné vlákno
• velmi citlivá na tlak
• vysoce anizotropní
• vysoká absorpce vlhkosti
• citlivost na UV záření
• špatná přilnavost k matrici
• špatné vlastnosti při obrábění
• velmi drahé

Povrch aramidového vlákna je chemicky inertní a velmi hladký. Chemická nebo mechanická přilnavost k matrici je proto do značné míry vyloučena. Nanesený povlak zde má pouze ochrannou funkci.

Celulózové vlákno

Celulózové vlákno patří do skupiny organických výztužných vláken. Obvykle se skládá ze sulfitové buničiny z bukového dřeva nebo čisté bavlněné celulózy.

V počátcích technologie vláknových kompozitů se toto vlákno používalo ke zpevnění fenolových pryskyřic. Ve výrobcích z fenolového papíru se s ním lze setkat i dnes.

Pan fibre

Polyakrylonitrilové vlákno patří do skupiny syntetických organických výztužných vláken. PAN vlákno je vysokopevnostní vlákno s ledvinovitým průřezem. Používá se především jako náhradní materiál za azbestocementové výrobky a v brzdovém obložení.

Polyethylenové vlákno

Polyethylenové vlákno patří do skupiny syntetických organických výztužných vláken.

PE vlákno se skládá z vysoce roztaženého UHMW PE. Jeho teplota tání je přibližně 150 °C a má tendenci se plazit. Má však vysokou absorpční schopnost pro energii nárazu a s výhodou se používá jako hybridní materiál (v kombinaci s jinými výztužnými vlákny).

Keramická vlákna

Keramická vlákna patří do skupiny syntetických anorganických výztužných vláken. Keramická vlákna se používají ke zpevnění kovových materiálů.

Dřevní vlákno

Dřevní vlákno patří do skupiny přírodních organických zpevňujících vláken.

Dřevní moučky používané k vyztužení fenolformaldehydových a melaminformaldehydových formovacích směsí jsou obvykle jemně nasekaná dřevní vlákna ze smrkového nebo bukového dřeva.

Polyesterová vlákna (PET)

Polyesterová vlákna patří do skupiny organicko-syntetických zpevňujících vláken. Používají se hlavně pro textil. Pevnost v tahu je podobná pevnosti polyamidových vláken, ale převyšuje rázovou pevnost většiny syntetických vláken. V kombinaci se skleněnými vlákny v kompozitních materiálech vede ke zlepšení rázové pevnosti.

Azbestová vlákna

Azbestové vlákno patří do skupiny anorganických přírodních výztužných vláken.

Azbest je nejstarším anorganickým vláknitým materiálem a byl získán z přírodních minerálních ložisek (hydratovaných křemičitanů Mg a Na). Dnes se již ze známých důvodů nepoužívají a jsou nahrazovány.

Kovové vlákno

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 ke zpevnění kovových materiálů.

Sisalové vlákno

Sisalové vlákno patří do skupiny přírodních organických výztužných vláken.

I přes nižší cenu ve srovnání se skleněným vláknem se však nedokázalo prosadit.

Teprve když se hledala náhrada azbestu při výrobě brzdového obložení, sisal se opět dostal do obliby.

Polyamidové vlákno

Polyamidová vlákna patří do skupiny syntetických organických výztužných vláken.

Technicky nejvýznamnější polyamidová vlákna jsou na bázi PA 66 a PA 6, která zlepšují zejména pružnost a odolnost proti slícování.

Bórové vlákno

Bórové vlákno patří do skupiny syntetických anorganických výztužných vláken.

Bórové vlákno se vyrábí procesem voskování. Jako substrát se používá wolfram. Tenký wolframový drát se elektricky zahřívá a bór se vysráží z plynné fáze.

Bórová vlákna se používají k vyztužení kovových materiálů.

Whisker

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