Gammalt och nytt inom fiber- och matrismaterial
Glasfiber för armering av plast blev kommersiellt tillgänglig under slutet av 1930-talet genom Owens-Corning Fiberglas Corporation. Fibern består till största del av kiseldioxid (SiO2) och tillverkas genom smältning av råmaterialet, följt av dragning av det smälta materialet genom tunna munstycken. Fibrerna som skapas kyls sedan snabbt och beläggs därefter med en appretur (sizing) för att skydda fibern från yttre påverkan, underlätta hantering, samt säkerställa bra vidhäftning mellan fibern och den plast som den är tänkt att förstärka. Glasfibrers egenskaper + Hög hållfasthet + Lågt pris - Låg styvhet - Dålig nötningsbeständighet Kolfiber Kolfiber för armering av plast blev kommersiellt tillgänglig under slutet av 1960-talet genom bland andra Courtaulds i England. Fibern består till största del av tunna lameller av grafit och tillverkas genom sträckning och värmebehandling av polyakrylnitril (PAN) eller syntetisk tjära (pitch). PAN-baserade kolfibrer har normalt sett högre brotthållfasthet men lägre styvhet än pitch-baserade kolfibrer. Fibern klassificeras efter styvhet och styrka, t ex HS-fiber med hög styrka, HM-fiber med hög styvhet, samt IM-fiber med "mellanliggande" styvhet, samt efter storleken på fiberbuntarna där benämningen 3k innebär att det är 3000 fibrer i varje bunt. Kolfibrers egenskaper + Hög styvhet och hållfasthet + Hög termisk och elektrisk ledningsförmåga - Låg brottöjning - Högt pris Aramidfiber för armering av plast introducerades på marknaden 1971 av Dupont. Försäljningsnamn för fibern var Kevlar. Aramid är ett organiskt material som tillhör gruppen flytande kristallina polymerer (liquid crystalline polymers). Fibrer av materialet tillverkas genom lösningsmedelsspinning. När det gäller konstruktion av komponenter baserade på aramidfiberförstärkt plast är det viktigt att betänka att tryckhållfastheten är väsentligt lägre än draghållfastheten samt att fästet mellan fiber och matris ofta kan vara svagt på grund av fiberns opolära struktur. Aramidfibrers egenskaper + Hög styvhet och draghållfasthet + Hög brottseghet - Dålig UV-beständighet - Högt pris Naturfiber Naturfibrer har använts som förstärkning i enklare typer av byggnadsmaterial under flera 1000-tals år. Under senare år har det dock uppstått ett intresse för att ersätta glasfiber med olika typer av naturfiber, t ex linfiber. Naturfibrers egenskaper + Låg densitet + Förnyelsebar råvara - Hög fuktupptagning - Stor variation i kvalitet Om vi flyttar oss till Matriser så finns det även där ett antal alternativ. Omättad polyester Omättad polyester består av långa molekylkedjor som skapats genom reaktion mellan karboxylsyror och alkoholer. För att sänka viskositeten och möjliggöra härdning tillsätts oftast styren. Som initiator för härdningsprocessen används en peroxid, t ex metyletylketonperoxid (MEKP). Det finns en mängd olika typer av omättad polyester, varav de två vanligaste är orto-polyester och iso-polyester. Iso-polyestern är något dyrare än orto-polyestern men har högre temperaturtålighet, mindre fuktupptagning, samt bättre motstånd mot UV-strålning. Användningsområden för glasfiberförstärkt omättad polyester är t.ex. rör, tankar, elskåp, kanoter, fritidsbåtar, vindavvisare, skåp och huvar till lastbilar och släp, mm. Egenskaper + Snabb och enkel härdning + Lågt pris - Stort härdkrymp - Arbetsmiljöproblem på grund av styrenavgång Den kemiska uppbyggnaden av vinylester är snarlik den kemiska uppbyggnaden av epoxi, men härdningen sker på samma sätt som för omättad polyester. Egenskaperna är normalt sett något bättre än för omättad polyester, men något sämre än för epoxi. Vinylester används oftast tillsammans med glasfiber. Typiska användningsområden är; kemikalieresistenta rör och tankar, tryckkärl, vindkraftsblad, fritidsbåtar, mm. Egenskaper + Snabb och enkel härdning + Mycket bra kemikaliebeständighet - Stort härdkrymp - Arbetsmiljöproblem på grund av styrenavgång Epoxi Om det krävs bättre mekaniska egenskaper och/eller temperaturtålighet än vad omättad polyester eller vinylester kan erbjuda används vanligtvis epoxi. Det finns en mängd olika epoxivarianter men gemensamt för dem alla är att molekylkedjorna innehåller epoxigrupper som vid härdning kemiskt reagerar med en härdare. Vid härdning av epoxi används alltså ingen initiator, utan epoxihartset blandas istället med en härdare och det är viktigt att notera att mängden härdare som krävs för fullständig uthärdning är i samma storleksordning som mängden epoxiharts. Epoxi används oftast tillsammans med kolfiber. Typiska användningsområden är; flyg- och rymdkomponenter, tennisracketar, golfklubbor, tryckkärl, chassi- och karosserikomponenter till exklusiva bilar, samt skrov och däck till tävlingsbåtar. Egenskaper + Bra temperatur- och kemikaliebeständighet + Litet härdkrymp - Högt pris - Allergiframkallande Polypropen Polypropen är en delkristallin termoplast som går att bearbeta med i stort sett alla vanliga tillverkningsmetoder för plastmaterial, t ex formsprutning, pressning och varmformning. Vanliga användningsområden för oarmerad polypropen är bilbatterier, förpackningar, rep, mattor, samt lådor med integrerade gångjärn. Med glasfiberarmering erhålls en högre styvhet och bättre krypresistens och denna typ av material används mycket inom fordonsindustrin för tillverkning av bland annat batterihyllor, sätesramar, dörrmoduler och underkörningsskydd. Egenskaper + Låg densitet + Lågt pris - Dålig krypresistens - Begränsad UV-beständighet Polyamid Polyamid är en delkristallin termoplast som finns i många olika varianter, t.ex. PA6, PA66, PA46, PA11 och PA12. De två vanligaste varianterna är PA6 och PA66 vilka kännetecknas av bra mekaniska egenskaper och låg friktion. En nackdel med PA6 och PA66 är dock att de absorberar fukt och måste torkas innan tillverkning för att undvika nedbrytning (hydrolys) av materialet. Typiska användningsområden för kortfiberförstärkt polyamid är fordonskomponenter, kåpor och tankar till motorsågar, samt olika typer av handverktyg. Polyamid med långa/kontinuerliga fibrer används i viss utsträckning för tillverkning av hjälmar, skosulor och stötfångarbalkar. Egenskaper + Bra mekaniska egenskaper + God temperatur- och kemikaliebeständighet - Absorberar fukt (vilket påverkar egenskaperna) - Spröd vid låga temperaturer