Ojačitveni materiali

Tekstilna vlakna so splošni izraz za tanke vlakna s skoraj okroglim prerezom, predena iz staljenega stekla. Tekstilno steklo se proizvaja iz visokokakovostnega E-stekla, za posebne namene pa tudi iz R-stekla in C-stekla. Relativno visoka trdnost in vrednosti E-modula sta posledica močnih vezi med silicijem in kisikom v prostorski mreži. Zaradi amorfne strukture so steklena vlakna, v nasprotju z ogljikovimi ali aramidnimi vlakni, izotropna.

Po izdelavi se na sveže oblikovano stekleno vlakno nanese premaz. Ta zlepi filamente, ščiti površino in deluje kot vezivo za matriko.

Ogljična ali C-vlakna so sestavljena iz več kot 90 % čistega ogljika in imajo premer 5–10 mikrometrov.
Kot izhodna surovina se običajno uporabljajo PAN (poliakrilnitrilna vlakna), smola ali celuloza.

Posebne lastnosti

• visoka trdnost do približno 2.500 °C
• zelo anizotropna
• negativna toplotna raztegljivost v smeri vlakna
• toplotno in električno prevodne
• dobra biološka združljivost
• občutljiv na upogib in pritisk
• zelo odporen proti koroziji
• zelo drag

Po izdelavi se C-vlakna obdelajo na površini. Pri tem se površina oksidira, da se ustvari čim večje število površinskih oksidov, ki lahko tvorijo kemične vezi z matričnim sistemom. Površina vlaken se takoj po predobdelavi obdela s sredstvom za končno obdelavo vlaken. To je snov, ki naj bi najprej preprečila nabiranje vode na aktivni površini in vsebuje funkcionalne skupine za vezavo na matrični sistem.

Aramidna vlakna (Kevlar) so linearni, organski polimeri z visoko trdnostjo in togostjo. Podobno kot C-vlakna imajo tudi aramidna vlakna zaradi visoke molekularne usmerjenosti negativen koeficient toplotnega raztezanja (entropijski učinek).

Posebne lastnosti

• najlažje ojačitveno vlakno
• zelo občutljiva na pritisk
• močno anizotropna
• močno vpija vlago
• občutljivost na UV-sevanje
• slabo se veže na matriks
• slaba obdelava s struženjem
• zelo drag

Površina aramidnih vlaken je kemično inertna in zelo gladka. Zato je kemična ali mehanska oprijemljivost na matriksu v veliki meri izključena. Nanesena obdelava ima tukaj zgolj zaščitno vlogo.

Bazaltna vlakna se proizvajajo iz staljene bazaltne kamnine in se vlečejo v neprekinjena filamenta. So mineralna in nekovinska. Kot ojačitveni material so na voljo med drugim v obliki rovingov, mat, mrež in tkanin.

Posebne lastnosti

• visoka temperaturna in kemična odpornost
• dobra mehanska trdnost in togost
• električna izolacija
• dobra odpornost proti vlagi
• odvisno od strukture vlaken dobro dušenje zvoka in vibracij
• mineralna surovina

Za pultruzijo so pomembni predvsem ustrezni bazaltni rovingi. Obdelovalnost in poznejše lastnosti izdelka so odvisne med drugim od premaza, smolnega sistema, vsebnosti vlaken in geometrije izdelka.

Celulozna vlakna

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

V začetkih tehnologije kompozitnih materialov so to vlakno uporabljali za ojačanje fenolnih smol. Tudi danes ga še vedno najdemo v izdelkih iz fenolno utrjenega papirja.

Pan-vlakno

Poliakrilnitrilno vlakno spada v skupino sintetičnih organskih ojačitvenih vlaken.
PAN-vlakno je visokotrdno vlakno z ledvičastim prerezom. Uporablja se predvsem kot nadomestni material v azbestcementnih izdelkih in v zavornih oblogah.

Polietilenska vlakna

Polietilenska vlakna spadajo v skupino sintetičnih organskih ojačitvenih vlaken.

PE-vlakna so izdelana iz močno raztegnjenega UHMW PE. Njena tališče znaša približno 150 °C, nagnjena pa je k lezljavosti. Ima pa visoko sposobnost absorbiranja udarne energije 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.

Lesni prah, ki se uporablja za ojačanje fenol-formaldehidnih in melamin-formaldehidnih mas za oblikovanje, je praviloma drobno zmleta lesna vlakna iz smrekovega ali bukovega lesa.

Poliestrska vlakna (PET)

Poliestrska vlakna spadajo v skupino organskih sintetičnih ojačitvenih vlaken.
Uporabljajo se predvsem v tekstilni industriji. Njihova natezna trdnost je približno enaka trdnosti poliamidnih vlaken, njihova udarna trdnost pa presega udarno trdnost večine sintetičnih vlaken. Če se obdelujejo v kombinaciji s steklenimi vlakni, to v kompozitnih materialih vodi do izboljšanja udarne trdnosti.

Azbestna vlakna

Azbestna vlakna spadajo v skupino anorganskih naravnih ojačitvenih vlaken.

Azbest je najstarejša anorganska vlaknina, ki so jo pridobivali iz naravnih rudnih nahajališč (hidratizirani Mg- in Na-silikati). Danes se zaradi znanih razlogov ne uporabljajo več in so jih nadomestili.

Kovinske vlaknine

Kovinske vlaknine spadajo v skupino sintetičnih anorganskih ojačitvenih vlaken.
Kovinske vlaknine se lahko izdelujejo iz jekla, medenine, brona, bakra, aluminija, srebra, zlata in platine.
Kovinske vlaknine se uporabljajo za ojačitev kovinskih materialov.

Sisalova vlakna

Sisalna vlakna spadajo v skupino naravnih organskih ojačitvenih vlaken.

Kljub nižji ceni v primerjavi s steklenimi vlakni se ni uspela uveljaviti.

Šele ko so iskali nadomestni material za azbest pri proizvodnji zavornih oblog, je sisal ponovno prišel v ospredje.

Poliamidna vlakna

Poliamidna vlakna spadajo v skupino sintetičnih organskih ojačitvenih vlaken.

Tehnično najpomembnejša poliamidna vlakna temeljijo na PA 66 in PA 6. V kompozitih predvsem izboljšujejo elastičnost in odpornost proti lezljivosti.

Borova vlakna

Borova vlakna spadajo v skupino sintetičnih anorganskih ojačitvenih vlaken.

Borova vlakna se proizvajajo po postopku nanašanja s voskom. Kot substrat se uporablja volfram. Tanka volframova žica se električno segreje, iz plinske faze pa se izloči bor.

Borove vlaknine se uporabljajo za ojačanje kovinskih materialov.

Whisker

Whisker spada v skupino sintetičnih anorganskih ojačevalnih materialov.
Whiskerji so sintetično proizvedena monokristalna anorganska vlakna. Če uspe ta vlakna usmeriti s talino, se dobi kompozitni material z izjemno trdnostjo.