Основні типи волокон, які використовуються у високоефективних-композитах
1. Скловолокно (скловолокно)
Існує багато різних різновидів скловолокна, але для композитів найбільш поширеними є два. Скловолокно E- є стандартним типом майже в усіх виробах, армованих скловолокном-, тоді як скловолокно S- (також відоме як R-скло або T-скловолокно) має значно вищу міцність на розрив. S-скловолокно зазвичай менше, ніж E-скловолокно, має кращу адгезію до полімерної матриці та покращує ударну здатність. Але це коштує набагато більше. Скловолокно S-2 — комерційне скловолокно S-вищої-міцності, яке має вдвічі більшу міцність на розтяг, ніж типове скловолокно E-, а також приблизно на 10-20% вищу жорсткість. Але майже для всіх застосувань E-скловолокна достатньо.
Скловолокно виготовляється шляхом екструдування розплавлених (1700 градусів) мінеральних продуктів (кремнезему, оксиду алюмінію та кальцію тощо) через отвори малого діаметра. Як правило, E-скловолокна мають діаметр приблизно 10-25 мікрон, що робить їх більшими за вуглецеві волокна.
2. Вуглецеве волокно
Вуглецеві волокна мають багато різновидів з різними механічними властивостями та вартістю. Вуглецеве волокно не екструдується безпосередньо з розплавленого матеріалу, а виготовляється шляхом термічної обробки волокна-попередника, включаючи попереднє-окислення в атмосфері повітря та карбонізацію в інертній атмосфері. Під час натягу вуглецева структура всередині волокна вирівнюється, сприяючи максимальному збільшенню міцності на розрив і жорсткості.
Найпоширенішим попередником вуглецевого волокна є поліакрилонітрильне (PAN) волокно. В даний час найбільш поширене стандартне і середньомодульне вуглецеве волокно засноване на прекурсорі PAN. Модуль вуглецевого волокна, отриманого системою прекурсорів асфальту (пеку), зазвичай вищий. Одне вуглецеве волокно зазвичай менше, ніж скловолокно, лише 5 мікрон у діаметрі. Модульне вуглецеве волокно часто класифікується як стандартний модуль, проміжний модуль (IM), високомодульний (HM) і ультра-високомодульне вуглецеве волокно.
Інші спеціальні армуючі волокна в промисловості
Крім традиційного скла та вуглецю, спеціалізовані програми вимагають унікальної архітектури волокна:
- Кевларове арамідне волокно:Синтетичне арамідне волокно, розроблене DuPont. Інші комерційні арамідні волокна включають Twaron, Technora та Nomex. Як армуюче волокно для композиційних матеріалів арамідне волокно в основному використовується для додатків із високою міцністю на розрив і стійкістю до проколів, зношування та розриву. Вони часто використовуються в поєднанні з вуглецевим або скловолокном.
- Базальтове волокно:Виготовляється за допомогою процесу плавлення та екструзії, подібного до скловолокна. Його міцність на розрив і модуль дещо вищі, ніж у E-скловолокна, але менші, ніж у вуглецевого волокна. Щільність подібна до щільності E-скловолокна. Ціна знаходиться між E-скловолокном і вуглецевим волокном.
- Поліетилен над-високої молекулярної маси:І Dyneema, і Spectra — це волокна, виготовлені з екструдованої нитки поліетилену над-високої молекулярної маси (UHMWPE) або високомодульного поліетилену (HMPE). UHMWPE є міцним, довговічним і часто змішується з вуглецевими волокнами для підвищення міцності композиту та поглинання енергії удару.
- Високомолекулярний поліпропілен:Innegra — волокно, виготовлене з високомолекулярного поліпропілену (HMPP). Незважаючи на те, що Innegra не така міцна, як Kevlar або Dyneema, вона міцна та стійка до ударів і поломок за нижчу вартість.
- Рослинні волокна:Найдавнішими структурними армуючими волокнами є деревні та рослинні волокна (такі як льон і джут). Пропонуючи екологічні переваги, рослинні волокна борються з поглинанням вологи та виявляють ширший діапазон механічної невідповідності порівняно з інженерним E-склом.
- Керамічні волокна:Використовується в композитах з керамічною матрицею (CMC) для стійкості до надзвичайно високих{0}}температур. Волокна без -оксиду бору мають неймовірну міцність на стиск, тоді як волокна з карбіду кремнію (SiC) забезпечують виняткову твердість.
Перетворення необроблених волокон у структурні рішення: відмінність LFT
Простого змішування необроблених волокон із пластиком недостатньо для важких конструкцій-. Стандартні суміші з короткими-волокнами використовують нарізані волокна менше 1 мм, які діють як наповнювачі частинок, але не здатні ефективно передавати механічні навантаження. Ось деТермопластики з довгим волокном (LFT/LFRT)стати істотним.
Використовуючи технологію безперервного пултрузійного компаундування, LFT-G®вирівнює E-скловолокна або вуглецеві волокна PAN всередині полімерних матриць (наприклад, PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). У кінцевому-литому компоненті ці волокна зберігають довжину 10-12 мм, створюючиТривимірна блокуюча скелетна мережа. Цей внутрішній скелет значно покращує:
- Ударостійкість:Поглинає механічні удари та запобігає поширенню тріщин.
- Стабільність розмірів:Зменшує усадку форми та усуває викривлення.
- Можливості заміни металу:Замінює важкі алюмінієві та сталеві компоненти, зменшуючи вагу деталей до 50%.
