Vahvistusmateriaalit

Tekstiilikuitu on yleisnimitys sulatetusta lasista kehrätyille ohuille kuiduille, joiden poikkileikkaus on lähes pyöreä. Tekstiililasi valmistetaan korkealaatuisesta E-lasista ja erityiskäyttötarkoituksiin myös R-lasista ja C-lasista. Suhteellisen korkeat lujuus- ja E-moduuliarvot johtuvat piin ja hapen välisistä vahvoista sidoksista kolmiulotteisessa verkostossa. Amorfisen rakenteensa ansiosta lasikuidut ovat isotrooppisia, toisin kuin hiili- tai aramidikuidut.

Valmistuksen jälkeen juuri muotoiltuun lasikuituun levitetään liima. Se liimaa filamentit yhteen, suojaa pintaa ja toimii tartuntavälittäjänä matriisin suhteen.

Hiili- eli C-kuidut koostuvat yli 90-prosenttisesti puhtaasta hiilestä, ja niiden halkaisija on 5–10 mikrometriä.
Raaka-aineena käytetään yleensä PAN:ia (polyakryylinitriilikuituja), pikkiä tai selluloosaa.

Erityisominaisuudet

• erittäin lujia noin 2 500 °C:seen asti
• erittäin anisotrooppiset
• negatiivinen lämpölaajeneminen kuitusuunnassa
• lämmön- ja sähkönjohtavia
• hyvä biologinen siedettävyys
• taipumis- ja puristusherkkä
• erittäin korroosionkestävä
• erittäin kallis

Valmistuksen jälkeen C-kuidut pintakäsitellään. Tällöin pinta hapetetaan, jotta syntyy mahdollisimman suuri määrä pintahappi-ioneja, jotka voivat muodostaa kemiallisia sidoksia matriisijärjestelmän kanssa. Kuitujen pinnalle levitetään kuitujen esikäsittelyn jälkeen välittömästi kuitujen viimeistelyaine. Tämä aine on tarkoitettu ensisijaisesti estämään veden kiinnittymistä aktiiviseen pintaan ja se sisältää funktionaalisia ryhmiä, jotka sitoutuvat matriisijärjestelmään.

Aramidikuidut (Kevlar) ovat lineaarisia, orgaanisia polymeerejä, joilla on suuri lujuus ja jäykkyys. C-kuidun tavoin aramidikuidulla on negatiivinen lämpölaajenemiskerroin (entropiaefekti) sen korkean molekyylisuuntautuneisuuden vuoksi.

Erityisominaisuudet

• kevyin vahvistuskuitu
• erittäin paineherkkä
• voimakkaasti anisotrooppinen
• imee voimakkaasti kosteutta
• herkkä UV-säteilylle
• heikko tarttuvuus matriisiin
• huono työstettävyys
• erittäin kallis

Aramidikuitujen pinta on kemiallisesti inertti ja erittäin sileä. Siksi kemiallinen tai mekaaninen tarttuvuus matriisiin on käytännössä mahdotonta. Levitetty pinnoite toimii tässä tapauksessa ainoastaan suojaavana tekijänä.

Basaltikuidut valmistetaan sulatetusta basalttikivestä ja venytetään jatkuviksi filamenteiksi. Ne ovat mineraalipohjaisia ja ei-metallisia. Vahvistusmateriaalina niitä on saatavana muun muassa rovingeina, mattoina, kankaana ja kudoksina.

Erityisominaisuudet

• korkea lämpötila- ja kemikaalinkestävyys
• hyvä mekaaninen lujuus ja jäykkyys
• sähköä eristävä
• hyvä kosteudenkestävyys
• kuiturakenteesta riippuen hyvä äänenvaimennus ja tärinänvaimennus
• mineraalinen raaka-aine

Pultruusiossa merkityksellisiä ovat ennen kaikkea sopivat basaltikuitunauhat. Käsiteltävyys ja myöhemmät komponenttien ominaisuudet riippuvat muun muassa liukastimesta, hartsijärjestelmästä, kuitupitoisuudesta ja komponentin geometriasta.

Selluloosakuitu

Selluloosakuitu kuuluu orgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään. Se koostuu yleensä pyökkipuusta valmistetusta sulfiittiselluloosasta tai puhtaasta puuvillaselluloosasta.

Kuitukomposiittiteknologian alkuaikoina tätä kuitua käytettiin fenolihartsien vahvistamiseen. Sitä löytyy edelleenkin fenolihartsipaperituotteista.

Pan-kuitu

Polyakryylinitriilikuitu kuuluu synteettisten orgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.
PAN-kuitu on erittäin luja kuitu, jonka poikkileikkaus on munuaisen muotoinen. Sitä käytetään pääasiassa asbestisementtituotteiden korvaavana materiaalina sekä jarrupaloissa.

Polyeteenikuitu

Polyeteenikuitu kuuluu synteettisten orgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.

PE-kuitu koostuu voimakkaasti venytetystä UHMW-PE:stä. Sen sulamispiste on noin 150 °C, ja se on altis virumiselle. Sillä on kuitenkin suuri iskuenergian vaimennuskyky, ja sitä käytetään mieluiten hybridimateriaalina (yhdessä muiden vahvistuskuitujen kanssa).

Keraaminen kuitu

Keraaminen kuitu kuuluu synteettisten epäorgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.
Keraamista kuitua käytetään metallisten materiaalien vahvistamiseen.

Puukuitu

Puukuitu kuuluu luonnollisten orgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.

Fenoliformaldehydi- ja melamiiniformaldehydi-muovimassojen vahvistamiseen käytettävät puujauheet ovat yleensä hienoksi jauhettuja puukuituja, jotka on valmistettu kuusesta tai pyökistä.

Polyesterikuidut (PET)

Polyesterikuidut kuuluvat orgaanisten synteettisten vahvistuskuitujen ryhmään.
Niitä käytetään pääasiassa tekstiileissä. Niiden vetolujuus vastaa suunnilleen polyamidikuitujen vetolujuutta, mutta iskunkestävyys on parempi kuin useimmilla synteettisillä kuiduilla. Kun niitä käytetään yhdessä lasikuitujen kanssa komposiittimateriaaleissa, iskunkestävyys paranee.

Asbestikuitu

Asbestikuitu kuuluu luonnollisten epäorgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.

Asbesti on vanhin epäorgaaninen kuitumateriaali, jota saatiin luonnon mineraaliesiintymistä (hydratoituneet Mg- ja Na-silikaatit). Niitä ei nykyään enää käytetä tunnetuista syistä, ja ne on korvattu muilla materiaaleilla.

Metallikuitu

Metallikuidut kuuluvat synteettisten epäorgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.
Metallikuituja voidaan valmistaa teräksestä, messingistä, pronssista, kuparista, alumiinista, hopeasta, kullasta ja platinasta.
Metallikuituja käytetään metallisten materiaalien vahvistamiseen.

Sisalkuitu

Sisalkuitu kuuluu luonnollisten orgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.

Se ei kuitenkaan onnistunut vakiinnuttamaan asemaansa huolimatta lasikuitua alhaisemmasta hinnastaan.

Vasta kun jarrupaloja valmistettaessa alettiin etsiä korvaavaa materiaalia asbestille, sisal nousi jälleen esiin.

Polyamidikuitu

Polyamidikuitu kuuluu synteettisten orgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.

Teknisesti tärkeimmät polyamidikuidut perustuvat PA 66:een ja PA 6:een. Ne parantavat komposiittimateriaalissa ennen kaikkea joustavuutta ja virtauskestävyyttä.

Bori-kuitu

Boori-kuitu kuuluu synteettisten epäorgaanisten vahvistuskuitujen ryhmään.

Bori-kuitu valmistetaan vahausmenetelmällä. Substraattina käytetään volframia. Ohut volframilanka kuumennetaan sähköisesti, jolloin boori saostuu kaasufaasista.

Boorikuituja käytetään metallisten materiaalien vahvistamiseen.

Whisker

Whisker kuuluu synteettisten epäorgaanisten vahvistusaineiden ryhmään.
Whiskerit ovat synteettisesti valmistettuja yksikiteisiä epäorgaanisia kuituja. Jos nämä kuidut onnistutaan suuntaamaan sulan avulla, saadaan erittäin luja komposiittimateriaali.