Lujitemateriaalit

Tekstiilikuitu on yhteisnimitys sulasta lasista kehrätyille hienoille kuiduille, joiden poikkileikkaus on lähes pyöreä. Tekstiililasia valmistetaan korkealaatuisesta E-lasista ja erikoissovelluksissa myös R- ja C-lasista. Suhteellisen korkeat lujuus- ja kimmomoduuliarvot johtuvat piin ja hapen välisistä vahvoista sidoksista tilaverkostossa. Amorfisen rakenteensa ansiosta lasikuidut ovat isotrooppisia toisin kuin hiili- tai aramidikuidut.

Valmistuksen jälkeen vastavalmistettuun lasikuituun levitetään liimaus. Tämä sitoo filamentit toisiinsa, suojaa pintaa ja toimii matriisin sideaineena.

Hiili- tai C-kuidut koostuvat yli 90-prosenttisesti puhtaasta hiilestä, ja niiden halkaisija on 5-10 mikrometriä. Lähtöaineena käytetään yleensä PAN-kuituja (polyakryylinitriilikuituja), pikeä tai selluloosaa.

Erityisominaisuudet

• Korkea lujuus noin 2 500 °C:n lämpötilaan asti.
• erittäin anisotrooppinen
• negatiivinen lämpölaajeneminen kuidun suunnassa
• lämpöä ja sähköä johtava
• hyvä fysikaalinen yhteensopivuus
• herkkä nurjahdukselle ja paineelle
• erittäin korroosionkestävä
• erittäin kallis

Valmistuksen jälkeen C-kuidut pintakäsitellään. Pinta hapetetaan, jotta saadaan aikaan mahdollisimman paljon pintaoksideja, jotka voivat muodostaa kemiallisia sidoksia matriisijärjestelmän kanssa. Kuitujen pinta viimeistellään kuitupinnaksi välittömästi esikäsittelyn jälkeen. Tämä on aine, joka aluksi estää veden kerääntymisen aktiiviselle pinnalle ja sisältää funktionaalisia ryhmiä matriisijärjestelmään sitoutumista varten.

Aramidikuidut (Kevlar) ovat lineaarisia orgaanisia polymeerejä, joilla on suuri lujuus ja jäykkyys. C-kuitujen tavoin aramidikuiduilla on negatiivinen lämpölaajenemiskerroin, joka johtuu niiden korkeasta molekyylien suuntautuneisuudesta (entropiavaikutus).

Erityisominaisuudet

• kevyin lujitekuitu
• erittäin herkkä paineelle
• erittäin anisotrooppinen
• suuri kosteuden absorptio
• UV-herkkyys
• heikko tarttuvuus matriisiin
• huonot työstöominaisuudet
• erittäin kallis

Aramidikuidun pinta on kemiallisesti inertti ja hyvin sileä. Kemiallinen tai mekaaninen kiinnittyminen matriisiin on siksi suurelta osin poissuljettua. Käytetyllä pinnoitteella on tässä tapauksessa vain suojaava tehtävä.

Selluloosakuitu

Selluloosakuitu kuuluu orgaanisten lujitekuitujen ryhmään. Se koostuu yleensä pyökkipuun sulfiittisellusta tai puhtaasta puuvillaselluloosasta.

Kuitukomposiittitekniikan alkuaikoina tätä kuitua käytettiin fenolihartsien vahvistamiseen. Sitä esiintyy yhä nykyäänkin fenolipaperituotteissa.

Pan-kuitu

Polyakryylinitriilikuitu kuuluu synteettisten orgaanisten lujitekuitujen ryhmään. PAN-kuitu on erittäin luja kuitu, jonka poikkileikkaus on munuaisen muotoinen. Sitä käytetään pääasiassa asbestisementtituotteiden korvaavana materiaalina ja jarrupäällysteissä.

Polyeteenikuitu

Polyeteenikuitu kuuluu synteettisten orgaanisten lujitekuitujen ryhmään.

PE-kuitu koostuu erittäin venytetystä UHMW PE:stä. Sen sulamispiste on noin 150 °C, ja se on taipuvainen virumaan. Sillä on kuitenkin suuri iskuenergian absorptiokyky, ja sitä käytetään mieluiten hybridimateriaalina (yhdessä muiden lujitekuitujen kanssa).

Keraaminen kuitu

Keraamiset kuidut kuuluvat synteettisten epäorgaanisten lujitekuitujen ryhmään. Keraamisia kuituja käytetään metallimateriaalien lujittamiseen.

Puukuitu

Puukuitu kuuluu orgaanisten luonnonvahvistuskuitujen ryhmään.

Fenoliformaldehydi- ja melamiiniformaldehydivalumassojen lujittamiseen käytettävät puujauhot ovat yleensä hienoksi hakattuja puukuituja, jotka on valmistettu kuusi- tai pyökkipuusta.

Polyesterikuidut (PET)

Polyesterikuidut kuuluvat orgaanis-synteettisten lujitekuitujen ryhmään. Niitä käytetään pääasiassa tekstiileissä. Vetolujuus vastaa suunnilleen polyamidikuitujen vetolujuutta, mutta ylittää useimpien synteettisten kuitujen iskunkestävyyden. Yhdistettynä lasikuitujen kanssa komposiittimateriaaleissa tämä parantaa iskunkestävyyttä.

Asbestikuitu

Asbestikuitu kuuluu epäorgaanisten luonnollisten lujitekuitujen ryhmään.

Asbesti on vanhin epäorgaaninen kuitumateriaali, ja sitä on saatu luonnollisista mineraaliesiintymistä (hydratoidut Mg- ja Na-silikaatit). Niitä ei tunnetuista syistä enää nykyään käytetä, ja niitä ollaan korvaamassa.

Metallikuitu

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

Sisal-kuitu

Sisal-kuitu kuuluu orgaanisten luonnonvahvistuskuitujen ryhmään.

Vaikka se on halvempaa kuin lasikuitu, se ei kuitenkaan ole pystynyt vakiinnuttamaan asemaansa.

Vasta kun jarrupäällysteiden valmistuksessa etsittiin asbestin korvaavaa materiaalia, sisal palasi suosioon.

Polyamidikuitu

Polyamidikuidut kuuluvat synteettisten orgaanisten lujitekuitujen ryhmään.

Teknisesti tärkeimmät polyamidikuidut perustuvat PA 66:een ja PA 6:een, jotka parantavat erityisesti elastisuutta ja raidankestävyyttä.

Boorikuitu

Boorikuitu kuuluu synteettisten epäorgaanisten lujitekuitujen ryhmään.

Boorikuitua valmistetaan vahausmenetelmällä. Alustana käytetään volframia. Ohutta volframilankaa kuumennetaan sähköllä, jolloin booria saostuu kaasufaasista.

Boorikuituja käytetään metallimateriaalien lujittamiseen.

Viiksekäs

Kuituvispilä kuuluu synteettisten epäorgaanisten lujitemateriaalien ryhmään. Kuituvispilä on synteettisesti valmistettu yksikiteinen epäorgaaninen kuitu. Jos tämä kuitu on mahdollista suunnata sulan avulla, saadaan komposiittimateriaali, jolla on valtava lujuus.