Bahan yang sangat berbeza
Bahan komposit berbeza daripada bahan konvensional kerana bahagian komposit mengandungi dua komponen berbeza - bahan gentian dan matriks (kebiasaannya resin polimer) - yang kekal dipisahkan apabila digabungkan tetapi berinteraksi untuk membentuk bahan baru yang sifatnya tidak dapat diramalkan dengan hanya menambah sifat-sifatnya. komponen.
Malah, salah satu kelebihan utama gabungan gentian/resin ialah pelengkapnya. Gentian kaca nipis, sebagai contoh, mempunyai kekuatan tegangan yang agak tinggi tetapi mudah rosak. Sebaliknya, kebanyakan resin polimer mempunyai kekuatan tegangan yang lemah tetapi sangat lasak dan mudah ditempa. Walau bagaimanapun, apabila gentian dan resin digabungkan, ia boleh mengimbangi kelemahan satu sama lain, mencipta bahan yang jauh lebih berguna daripada mana-mana komponen individu.
Ciri-ciri struktur komposit terutamanya diperoleh daripada tetulang gentian. Komposit komersil untuk pasaran besar, seperti alat ganti automotif, kapal, barangan pengguna dan bahagian perindustrian tahan kakisan, biasanya dibuat daripada gentian kaca berorientasikan rawak yang tidak berterusan atau bentuk gentian berterusan tetapi tidak berorientasikan.
Pada asalnya dibangunkan untuk pasaran aeroangkasa tentera, komposit termaju, yang berprestasi lebih baik daripada logam struktur tradisional, kini ditemui dalam satelit komunikasi, pesawat, barangan sukan, pengangkutan, industri berat, dan sektor tenaga untuk penerokaan minyak dan gas serta pembinaan turbin angin.
Komposit berprestasi tinggi memperoleh ciri strukturnya daripada bahan tetulang gentian berkekuatan tinggi yang berterusan, berorientasikan, -- paling biasa gentian karbon, gentian arilpoliamida atau gentian kaca -- dalam matriks yang meningkatkan kebolehmesinan dan mempertingkatkan sifat mekanikal seperti kekakuan dan rintangan kimia.
Orientasi gentian boleh dikawal, yang merupakan faktor yang boleh meningkatkan prestasi dalam mana-mana aplikasi. Sebagai contoh, dalam aci kayu golf komposit, gentian boron dan karbon diorientasikan pada sudut yang berbeza dalam aci komposit, dapat memanfaatkan sepenuhnya ciri kekuatan dan kekakuannya serta menahan beban tork dan daya lenturan, mampatan dan tegangan berganda.
Gentian kaca
Sebilangan besar gentian yang digunakan dalam industri komposit adalah kaca. Gentian kaca ialah bahan pengukuhan tertua dan paling biasa digunakan dalam kebanyakan aplikasi pasaran akhir (dengan industri aeroangkasa menjadi pengecualian penting) untuk menggantikan komponen logam yang lebih berat.
Gentian kaca lebih berat dan kurang tegar daripada gentian karbon, bahan tetulang paling biasa seterusnya, tetapi ia lebih tahan hentaman dan mempunyai pemanjangan yang lebih besar semasa pecah (iaitu, ia meregang ke tahap yang lebih besar sebelum pecah). Pelbagai ciri dan tahap prestasi boleh diperoleh bergantung pada jenis kaca, diameter filamen, kimia salutan (dipanggil "sizing"), dan bentuk gentian.
Filamen kaca dibekalkan dalam bentuk berkas yang dipanggil helai, yang merupakan koleksi filamen kaca berterusan.
Keliling lazimnya ialah seberkas helai tidak berpintal yang dibalut seperti benang di sekeliling gelendong besar. Kembara satu hujung terdiri daripada untaian berterusan berbilang filamen kaca yang menjangkau panjang helai. Kembara berbilang hujung mengandungi helai panjang tetapi tidak berterusan sepenuhnya yang ditambah atau digugurkan dalam susunan berperingkat semasa penggulungan. Benang ialah koleksi helai yang dipintal bersama.
Gentian berprestasi tinggi
Gentian karbon - setakat ini gentian yang paling banyak digunakan dalam aplikasi berprestasi tinggi - dibuat daripada pelbagai sistem prekursor, termasuk poliakrilonitril (PAN), rayon dan asfalt. Gentian prekursor dirawat secara kimia, dipanaskan dan diregangkan, dan kemudian dikarbonkan untuk menghasilkan gentian berkekuatan tinggi. Gentian karbon berprestasi tinggi pertama di pasaran dibuat daripada prekursor rayon.
Hari ini, gentian poliakrilonitril dan berasaskan asfalt telah menggantikan gentian tiruan dalam kebanyakan aplikasi. Gentian karbon berasaskan pan adalah yang paling serba boleh. Mereka menawarkan rangkaian sifat yang menakjubkan, termasuk kekuatan yang sangat baik dan kekakuan yang tinggi. Gentian asfalt diperbuat daripada petroleum atau bitumen tar arang batu dan mempunyai kekukuhan yang tinggi hingga sangat tinggi dan rendah kepada pekali paksi negatif pengembangan terma (CTE). Ciri-ciri CTE mereka amat berguna dalam aplikasi kapal angkasa yang memerlukan pengurusan haba, seperti sarung alat elektronik.
Walaupun ia lebih kuat daripada gentian kaca atau aramid, gentian karbon bukan sahaja kurang tahan hentaman, tetapi juga mengalami kakisan galvanik apabila ia bersentuhan dengan logam. Pengilang mengatasi masalah terakhir dengan menggunakan bahan penghalang atau lapisan tudung (biasanya gentian kaca/epoksi) semasa proses lamina.
Bentuk gentian asas gentian karbon berprestasi tinggi ialah berkas gentian berterusan yang dipanggil berkas filamen. Ikatan gentian karbon terdiri daripada beribu-ribu filamen yang berterusan, tidak berpintal, bilangan filamen yang diwakili oleh nombor diikuti dengan "K", yang bermaksud didarab dengan 1,000 (contohnya, 12K bermaksud bilangan filamen ialah 12,000). Tandan boleh digunakan secara langsung dalam proses seperti penggulungan filamen atau pengacuan pultrusion atau boleh ditukar menjadi reben satu arah, fabrik dan bentuk bertetulang lain.
