Forsterkningsmaterialer

Tekstilfiber er samlebetegnelsen for fine fibre spunnet av smeltet glass med et tilnærmet rundt tverrsnitt. Tekstilglasset fremstilles av høykvalitets E-glass, og for spesielle bruksområder også av R-glass og C-glass. De relativt høye fasthets- og E-modulverdiene skyldes de sterke bindingene mellom silisium og oksygen i et romlig nettverk. På grunn av den amorfe strukturen er glassfibre, i motsetning til karbon- eller aramidfibre, isotrope.

Etter produksjonen påføres et belegg på den nyformede glassfiberen. Dette limer sammen filamentene, beskytter overflaten og fungerer som en bindingsbro til matrisen.

Karbonfibre, eller C-fibre, består av over 90 % rent karbon og har en diameter på 5–10 mikrometer.
Som utgangsmateriale brukes vanligvis PAN (polyakrylnitrilfibre), bek eller cellulose.

Spesielle egenskaper

• høy styrke opp til ca. 2 500 °C
• svært anisotropisk
• negativ termisk utvidelse i fiberretningen
• termisk og elektrisk ledende
• god biokompatibilitet
• følsom for bøying og trykk
• svært korrosjonsbestandig
• svært dyrt

Etter produksjonen gjennomgår C-fibrene en overflatebehandling. Her oksideres overflaten for å danne et så stort antall overflateoksider som mulig, som kan inngå kjemiske bindinger med matrikssystemet. Overflaten på fibrene blir umiddelbart etter forbehandlingen påført fiberfinish. Dette er et stoff som først og fremst skal forhindre at vann fester seg til den aktive overflaten, og som inneholder de funksjonelle gruppene som binder seg til matrikssystemet.

Aramidfibre (Kevlar) er lineære, organiske polymerer med høy styrke og stivhet. I likhet med C-fiber har aramidfiberen en negativ termisk utvidelseskoeffisient på grunn av den høye molekylære orienteringen (entropieeffekt).

Spesielle egenskaper

• den letteste forsterkningsfiberen
• svært trykkfølsom
• sterkt anisotropisk
• høy fuktighetsopptak
• UV-følsomhet
• dårlig vedheft til matrisen
• dårlig bearbeidbarhet
• svært kostbar

Overflaten på aramidfiberen er kjemisk inert og svært glatt. Dermed er kjemisk eller mekanisk vedheft til matrisen i stor grad utelukket. Den påførte overflatebehandlingen har her kun en beskyttende funksjon.

Basaltfibre fremstilles av smeltet basaltbergart og trekkes til kontinuerlige filamenter. De er mineralske og ikke-metalliske. Som forsterkningsmateriale finnes de blant annet i form av rovings, matter, vev og vevde materialer.

Spesielle egenskaper

• høy temperatur- og kjemikaliebestandighet
• god mekanisk styrke og stivhet
• elektrisk isolerende
• god fuktighetsbestandighet
• avhengig av fiberarkitekturen, god lyd- og vibrasjonsdemping
• mineralsk råstoff

For pultrudering er det først og fremst egnede basaltrovinger som er relevante. Bearbeidbarheten og de senere komponentegenskapene avhenger blant annet av appreturen, harpikssystemet, fiberinnholdet og komponentens geometri.

Cellulosefiber

Cellulosefiberen tilhører gruppen av organiske forsterkningsfibre. Den består vanligvis av sulfittcellulose fra bøk eller ren bomullscellulose.

I begynnelsen av fiberkomposittteknologien ble denne fiberen brukt til å forsterke fenolharpikser. Den finnes fortsatt i dag i produkter av fenolhårdt papir.

Pan-fiber

Polyakrylnitrilfiberen tilhører gruppen av syntetiske organiske forsterkningsfibre.
PAN-fiberen er en svært sterk fiber med nyreformet tverrsnitt. Den brukes først og fremst som erstatningsmateriale i asbestcementprodukter og i bremseklosser.

Polyetylenfiber

Polyetylenfiberen tilhører gruppen av syntetiske organiske forsterkningsfibre.

PE-fiberen består av sterkt strukket UHMW-PE. Smeltepunktet ligger på ca. 150 °C, og den har en tendens til krypning. Den har imidlertid høy evne til å absorbere slagenergi og brukes helst som hybridmateriale (i kombinasjon med andre forsterkningsfibre).

Keramisk fiber

Keramikkfiber tilhører gruppen av syntetiske uorganiske forsterkningsfibre.
Keramikkfiber brukes til å forsterke metalliske materialer

Trefiber

Trefiber tilhører gruppen av naturlige organiske forsterkningsfibre.

Tremel, som brukes til å forsterke formmasser av fenolformaldehyd og melaminformaldehyd, er vanligvis finmalte trefibre fra gran- eller bøk.

Polyesterfibre (PET)

Polyesterfibre tilhører gruppen av organiske syntetiske forsterkningsfibre.
Disse brukes hovedsakelig til tekstiler. Strekkfastheten tilsvarer omtrent den til polyamidfibre, men slagfastheten overgår de fleste syntetiske fibre. Når de bearbeides i kombinasjon med glassfibre, fører dette til en forbedring av slagfastheten i komposittmaterialer.

Asbestfiber

Asbestfiberen tilhører gruppen av uorganiske naturlige forsterkningsfibre.

Asbest er det eldste uorganiske fibermaterialet og ble utvunnet fra naturlige mineralforekomster (hydratiserte Mg- og Na-silikater). Av velkjente grunner brukes de ikke lenger i dag og er erstattet av andre materialer.

Metallfiber

Metallfibrene tilhører gruppen av syntetisk-uorganiske forsterkningsfibre.
Metallfibre kan fremstilles av stål, messing, bronse, kobber, aluminium, sølv, gull og platina.
Metallfibre brukes til forsterkning av metalliske materialer.

Sisalfiber

Sisalfiber tilhører gruppen av naturlige organiske forsterkningsfibre.

Til tross for den lavere prisen sammenlignet med glassfiber klarte den imidlertid ikke å slå gjennom.

Først da man lette etter et erstatningsmateriale for asbest i produksjonen av bremseklosser, kom sisal igjen på dagsordenen.

Polyamidfiber

Polyamidfiberen tilhører gruppen av syntetiske organiske forsterkningsfibre.

De teknisk sett viktigste polyamidfibrene er basert på PA 66 og PA 6. I komposittmaterialer forbedrer de først og fremst elastisiteten og krypstyrken.

Bor-fiber

Bor-fiberen tilhører gruppen av syntetiske uorganiske forsterkningsfibre.

Bor-fiberen fremstilles ved hjelp av voksavsetningsmetoden. Wolfram brukes som substrat. En tynn wolframtråd varmes opp elektrisk, og boret avsettes fra gassfasen.

Bor-fibre brukes til forsterkning av metalliske materialer.

Whisker

Whisker tilhører gruppen av syntetiske uorganiske forsterkningsmaterialer.
Whisker er syntetisk fremstilte, monokrystallinske uorganiske fibre. Hvis man klarer å orientere disse fibrene med en smelte, får man et komposittmateriale med enorm styrke.