Forstærkningsmaterialer

Tekstilfiber er en samlebetegnelse for fine fibre, der er spundet af smeltet glas og har et næsten rundt tværsnit. Tekstilglas fremstilles af højkvalitets E-glas og, til særlige anvendelser, også af R-glas og C-glas. De relativt høje styrke- og E-modulværdier skyldes de stærke bindinger mellem silicium og ilt i et rumligt netværk. På grund af den amorfe struktur er glasfibre, i modsætning til kulstof- eller aramidfibre, isotrope.

Efter fremstillingen påføres der en appretur på den nyformede glasfiber. Denne binder filamenterne sammen, beskytter overfladen og fungerer som en hæfteforbindelse til matrixen.

Kulstof- eller C-fibre består af over 90 % rent kulstof og har en diameter på 5–10 mikrometer.
Som udgangsmateriale anvendes der som regel PAN (polyacrylnitrilfibre), harpiks eller cellulose.

Særlige egenskaber

• høj styrke op til ca. 2.500 °C
• meget anisotrop
• negativ termisk udvidelse i fiberretningen
• termisk og elektrisk ledende
• god biotolerance
• følsom over for bøjning og tryk
• meget korrosionsbestandig
• meget dyrt

Efter fremstillingen overfladebehandles C-fibre. Her oxideres overfladen for at danne et så stort antal overfladeoxider som muligt, som kan indgå i kemiske bindinger med matrixsystemet. Fibrenes overflade påføres fiberfinish umiddelbart efter forbehandlingen. Dette er et stof, der først og fremmest skal forhindre vand i at binde sig til den aktive overflade og som indeholder de funktionelle grupper, der er nødvendige for bindingen til matrixsystemet.

Aramidfibre (Kevlar) er lineære, organiske polymerer med høj styrke og stivhed. Ligesom C-fibre har aramidfibre en negativ termisk udvidelseskoefficient på grund af den høje molekylære orientering (entropieeffekt).

Særlige egenskaber

• den letteste forstærkningsfiber
• meget trykfølsom
• stærkt anisotrop
• stærk fugtoptagelse
• UV-følsomhed
• dårlig vedhæftning til matricen
• dårlig bearbejdelighed
• meget dyr

Aramidfiberens overflade er kemisk inert og meget glat. Dermed er kemisk eller mekanisk vedhæftning til matrixen stort set udelukket. Den påførte appretur har her udelukkende en beskyttende funktion.

Basaltfibre fremstilles af smeltet basaltsten og trækkes ud til kontinuerlige filamenter. De er mineralske og ikke-metalliske. Som forstærkningsmateriale fås de blandt andet i form af rovings, måtter, væv og vævede materialer.

Særlige egenskaber

• høj temperatur- og kemikaliebestandighed
• god mekanisk styrke og stivhed
• elektrisk isolerende
• god fugtbestandighed
• afhængigt af fiberopbygningen god lyd- og vibrationsdæmpning
• mineralsk råmateriale

Til pultrusion er især egnede basaltrovings relevante. Forarbejdbarheden og de efterfølgende komponentegenskaber afhænger blandt andet af appreturen, harpikssystemet, fiberindholdet og komponentens geometri.

Cellulosefiber

Cellulosefibrene tilhører gruppen af organiske forstærkningsfibre. De består som regel af sulfitzellulose fra bøgetræ eller af ren bomuldscellulose.

I fiberkompositteknikkens barndom blev denne fiber anvendt til forstærkning af phenolharer. Den findes også i dag i produkter af phenolhårdt papir.

Pan-fiber

Polyacrylnitrilfiberen tilhører gruppen af syntetiske organiske forstærkningsfibre.
PAN-fiberen er en højstyrkefiber med et nyreformet tværsnit. Den anvendes især som erstatningsmateriale i asbestcementprodukter og i bremsebelægninger.

Polyethylenfiber

Polyethylenfibren tilhører gruppen af syntetiske organiske forstærkningsfibre.

PE-fiberen består af stærkt strakt UHMW-PE. Dens smeltepunkt ligger på ca. 150 °C, og den har tendens til krybning. Den har dog en høj slagenergiabsorberingsevne og anvendes fortrinsvis som hybridmateriale (i kombination med andre forstærkningsfibre).

Keramisk fiber

Keramisk fiber hører til gruppen af syntetiske uorganiske forstærkningsfibre.
Keramisk fiber anvendes til forstærkning af metalliske materialer

Træfiber

Træfibre hører til gruppen af naturlige organiske forstærkningsfibre.

Træmel, der anvendes til forstærkning af formmasser af phenolformaldehyd og melaminformaldehyd, består som regel af finmalede træfibre fra gran- eller bøgetræ.

Polyesterfibre (PET)

Polyesterfibre tilhører gruppen af organiske, syntetiske forstærkningsfibre.
De anvendes hovedsageligt til tekstiler. Trækstyrken svarer omtrent til polyamidfibrenes, men slagfastheden overgår de fleste syntetiske fibre. Når de forarbejdes i kombination med glasfibre, fører det til en forbedring af slagfastheden i kompositmaterialer.

Asbestfiber

Asbestfibre hører til gruppen af uorganiske, naturlige forstærkningsfibre.

Asbest er det ældste uorganiske fibermateriale og blev udvundet fra naturlige mineralforekomster (hydraterede Mg- og Na-silikater). Af velkendte årsager anvendes de ikke længere i dag og er blevet erstattet.

Metalfibre

Metalfibre hører til gruppen af syntetisk-anorganiske forstærkningsfibre.
Metalfibre kan fremstilles af stål, messing, bronze, kobber, aluminium, sølv, guld og platin.
Metalfibre anvendes til forstærkning af metalliske materialer.

Sisalfibre

Sisalfibre tilhører gruppen af naturlige organiske forstærkningsfibre.

Den kunne dog ikke slå igennem på trods af den lavere pris i forhold til glasfiber.

Først da man søgte efter et erstatningsmateriale for asbest i fremstillingen af bremseklodser, kom sisal igen på tale.

Polyamidfiber

Polyamidfiberen tilhører gruppen af syntetiske organiske forstærkningsfibre.

De teknisk vigtigste polyamidfibre er baseret på PA 66 og PA 6. I kompositmaterialer forbedrer de især elasticiteten og krybefastheden.

Borfiber

Borfiberen tilhører gruppen af syntetiske uorganiske forstærkningsfibre.

Bor-fiberen fremstilles ved hjælp af voksaflejringsmetoden. Wolfram fungerer som substrat. En tynd wolframtråd opvarmes elektrisk, og boret udfældes fra gasfasen.

Borfibre anvendes til forstærkning af metalliske materialer.

Whisker

Whisker tilhører gruppen af syntetiske uorganiske forstærkningsmaterialer.
Whiskers er syntetisk fremstillede monokrystallinske uorganiske fibre. Hvis det lykkes at orientere disse fibre i en smelte, opnås et kompositmateriale med enorm styrke.