Ojačevalni materiali

Tekstilna vlakna so skupni izraz za drobna vlakna, spredena iz staljenega stekla s skoraj okroglim prečnim prerezom. Tekstilno steklo se proizvaja iz visokokakovostnega E-stekla, za posebne namene pa tudi iz R-stekla in C-stekla. Relativno visoke vrednosti trdnosti in modula elastičnosti so posledica močnih vezi med silicijem in kisikom v prostorski mreži. Steklena vlakna so zaradi svoje amorfne strukture izotropna v nasprotju z ogljikovimi ali aramidnimi vlakni.

Po proizvodnji se na sveže oblikovana steklena vlakna nanese razporeditev. Ta poveže vlakna, zaščiti površino in deluje kot vezivo za matrico.

Ogljikova ali C-vlakna so sestavljena iz več kot 90 % čistega ogljika in imajo premer 5-10 mikrometrov. Kot izhodni material se običajno uporabljajo PAN (poliakrilonitrilna vlakna), smola ali celuloza.

Posebne lastnosti

• visoka trdnost do približno 2 500 °C
• zelo anizotropna
• negativen toplotni raztezek v smeri vlaken
• toplotno in električno prevodna
• dobra fizikalna združljivost
• občutljiv na upogibanje in pritisk
• zelo odporna proti koroziji
• zelo draga

Po proizvodnji se vlakna C površinsko obdelajo. Površina se oksidira, da se ustvari čim več površinskih oksidov, ki lahko tvorijo kemične vezi z matriksom. Površina vlaken se takoj po predhodni obdelavi obdela z vlakni. To je snov, ki sprva preprečuje nabiranje vode na aktivni površini in vsebuje funkcionalne skupine za vezavo z matričnim sistemom.

Aramidna vlakna (kevlar) so linearni organski polimeri z visoko trdnostjo in togostjo. Podobno kot C-vlakna imajo aramidna vlakna negativni koeficient toplotnega raztezanja zaradi visoke molekularne usmerjenosti (učinek entropije).

Posebne lastnosti

• najlažja ojačitvena vlakna
• zelo občutljiva na pritisk
• zelo anizotropna
• visoka absorpcija vlage
• občutljivost na UV-žarke
• slaba oprijemljivost na matrico
• slabe obdelovalne lastnosti
• zelo drag

Površina aramidnih vlaken je kemično inertna in zelo gladka. Kemična ali mehanska adhezija na matrico je zato v veliki meri izključena. Naneseni premaz ima tu le zaščitno funkcijo.

Celulozna vlakna

Celulozna vlakna spadajo v skupino organskih ojačitvenih vlaken. Običajno so sestavljena iz sulfitne celuloze iz bukovega lesa ali čiste bombažne celuloze.

Na začetku tehnologije vlaknenih kompozitov so ta vlakna uporabljali za ojačitev fenolnih smol. Še danes ga lahko najdemo v fenolnih papirnih izdelkih.

Pan vlakna

Poliakrilonitrilna vlakna spadajo v skupino sintetičnih organskih ojačitvenih vlaken. PAN-vlakna so visoko trdna vlakna z ledvičastim prečnim prerezom. Uporablja se predvsem kot nadomestni material za azbestno cementne izdelke in v zavornih oblogah.

Polietilenska vlakna

Polietilenska vlakna spadajo v skupino sintetičnih organskih ojačitvenih vlaken.

Vlakno PE je sestavljeno iz visoko raztegnjenega UHMW PE. Njegovo tališče je približno 150 °C in je nagnjen k plazenju. Vendar pa ima visoko sposobnost absorpcije energije udarca in se prednostno uporablja kot hibridni material (v kombinaciji z drugimi ojačitvenimi vlakni).

Keramična vlakna

Keramična vlakna spadajo v skupino sintetičnih anorganskih ojačitvenih vlaken. Keramična vlakna se uporabljajo za ojačitev kovinskih materialov

Lesna vlakna

Lesna vlakna spadajo v skupino naravnih organskih ojačitvenih vlaken.

Lesne moke, ki se uporabljajo za ojačitev fenol-formaldehidnih in melamin-formaldehidnih formirnih mas, so običajno fino zmleta lesna vlakna iz smrekovega ali bukovega lesa.

Poliestrska vlakna (PET)

Poliestrska vlakna spadajo v skupino organsko-sintetičnih ojačitvenih vlaken. Uporabljajo se predvsem za tekstil. Natezna trdnost približno ustreza trdnosti poliamidnih vlaken, vendar presega udarno trdnost večine sintetičnih vlaken. V kombinaciji s steklenimi vlakni v kompozitnih materialih se izboljša udarna trdnost.

Azbestna vlakna

Azbestna vlakna spadajo v skupino anorganskih naravnih ojačitvenih vlaken.

Azbest je najstarejši anorganski vlaknati material in je bil pridobljen iz naravnih mineralnih nahajališč (hidrirani Mg in Na silikati). Danes se zaradi znanih razlogov ne uporabljajo več in jih nadomeščajo.

Kovinska vlakna

Kovinska vlakna spadajo v skupino sintetičnih anorganskih ojačitvenih vlaken. Kovinska vlakna so lahko izdelana iz jekla, medenine, brona, bakra, aluminija, srebra, zlata in platine. Kovinska vlakna se uporabljajo za ojačitev kovinskih materialov.

Sisalova vlakna

Sisalova vlakna spadajo v skupino naravnih organskih ojačitvenih vlaken.

Vendar se kljub nižji ceni v primerjavi s steklenimi vlakni ni uspelo uveljaviti.

Sisal se je ponovno uveljavil šele, ko so pri proizvodnji zavornih oblog iskali nadomestni material za azbest.

Poliamidna vlakna

Poliamidna vlakna spadajo v skupino sintetičnih organskih ojačitvenih vlaken.

Tehnično najpomembnejša poliamidna vlakna temeljijo na PA 66 in PA 6, ki izboljšujejo zlasti elastičnost in odpornost proti sledenju.

Borova vlakna

Borova vlakna spadajo v skupino sintetičnih anorganskih ojačitvenih vlaken.

Borova vlakna se proizvajajo s postopkom voskanja. Za podlago se uporablja volfram. Tanka volframova žica se električno segreje in bor se izloči iz plinske faze.

Borova vlakna se uporabljajo za ojačitev kovinskih materialov.

Whisker

Whiskerji spadajo v skupino sintetičnih anorganskih ojačitvenih materialov. Whiskerji so sintetično proizvedena monokristalna anorganska vlakna. Če je mogoče ta vlakna usmeriti s talino, dobimo kompozitni material z ogromno trdnostjo.