Многие материалы способны армировать полимеры. Некоторые материалы, такие как целлюлоза в древесине, являются продуктами природного происхождения. Однако большинство коммерческих подкреплений сделаны человеком. Существует много коммерчески доступных форм армирования для удовлетворения требований пользователя. Возможность адаптировать архитектуру оптоволокна позволяет оптимизировать производительность продукта, что приводит к снижению веса и затрат.

Хотя в композитных ламинатах в качестве армирующих материалов используется много форм волокна, на стекловолокно приходится более 90 процентов волокон, используемых в армированных пластмассах, потому что они недорогие в производстве и имеют относительно хорошие характеристики прочности и веса.

Волокна

• Стекловолокно:На основе глиноземно-известково-боросиликатной композиции стекловолокна «Е» или «Е-CR» считаются преобладающим армированием для композитов с полимерной матрицей из-за их высоких электроизоляционных свойств, низкой восприимчивости к влаге и высоких механических свойств. Стекло E-CR отличается от стекла E отличным антикоррозийным свойством. Другие коммерческие композиции включают «S» стекло с более высокой прочностью, термостойкостью и модулем, H-стекло с более высоким модулем и AR стекло (устойчивое к щелочам) с превосходной коррозионной стойкостью. Стекло, как правило, является хорошим ударопрочным волокном, но весит больше, чем углерод или арамид. Стекловолокно обладает отличными механическими характеристиками, в некоторых формах прочнее стали. Более низкий модуль требует особой расчетной обработки, где жесткость имеет решающее значение.
• Углеродные волокна:Углеродные волокна изготавливаются из органических предшественников, включая ПАН (полиакрилонитрил), вискозу и смолы, причем последние два обычно используются для волокон с низким модулем упругости. Термины «углеродные» и «графитовые» волокна обычно используются взаимозаменяемо, хотя технически графит относится к волокнам с углеродным составом более 99 процентов по сравнению с 93-95 процентами для углеродных волокон на основе ПАН. Углеродное волокно обеспечивает самую высокую прочность и жесткость среди всех армирующих волокон. Высокотемпературные характеристики особенно характерны для углеродных волокон. Основным недостатком волокон на основе PAN является их высокая относительная стоимость, которая является следствием стоимости основного материала и энергоемкого производственного процесса. Композиты из углеродного волокна более хрупкие, чем стекло или арамид. Углеродные волокна могут вызвать гальваническую коррозию при использовании рядом с металлами.
• Арамидные волокна (полиарамиды):Наиболее распространенным синтетическим волокном является арамид. Арамидное волокно представляет собой ароматический полиимид, который является искусственным органическим волокном для композитного армирования. Арамидные волокна обладают хорошими механическими свойствами при низкой плотности с дополнительным преимуществом прочности и стойкости к повреждениям / ударам. Они характеризуются как имеющие достаточно высокую прочность на разрыв, средний модуль и очень низкую плотность по сравнению со стеклом и углеродом. Арамидные волокна являются изоляторами как электричества, так и тепла и повышают ударопрочность композитов. Они устойчивы к органическим растворителям, топливам и смазкам. Арамидные композиты не так хороши по прочности на сжатие, как стеклянные или углеродные композиты. Сухие арамидные волокна являются жесткими и используются в качестве кабелей или канатов и часто используются в баллистических применениях. Кевлар®, пожалуй, самый известный пример арамидного волокна.
• Новые волокна: недавно были введены полиэфирные и нейлоновые термопластичные волокна как в качестве основных армирующих элементов, так и в гибридной конфигурации со стекловолокном. Привлекательные характеристики включают низкую плотность, разумную стоимость, а также хорошее сопротивление удару и усталости. Хотя полиэфирные волокна имеют довольно высокую прочность, их жесткость значительно ниже, чем у стекла. Более специализированные усилители для высокопрочных и высокотемпературных применений включают металлы и оксиды металлов, такие как те, которые используются в авиационной или аэрокосмической промышленности.

Арматурные формы

Независимо от материала, подкрепления доступны в формах для обслуживания широкого спектра процессов и требований к конечному продукту. Материалы, поставляемые в качестве арматуры, включают ровинг, измельченное волокно, рубленые пряди, сплошной рубленый или термоформованный мат. Армирующие материалы могут быть разработаны с уникальной архитектурой волокна и могут быть предварительно отформованы (сформированы) в зависимости от требований к продукту и производственного процесса.

• Многожильные и односторонние ровинги: ровинги используются главным образом в термореактивных смесях, но могут использоваться и в термопластах. Многоконцевые ровинги состоят из множества отдельных нитей или пучков нитей, которые затем нарезаются и случайно помещаются в матрицу смолы. В таких процессах, как листовая формовочная масса (SMC), заготовка и распыление, используется многоконцевая ровница. Многоконцевые ровинги могут также использоваться в некоторых намотках и пултрузии. Ровинг с одним концом состоит из множества отдельных нитей, намотанных в одну прядь. Продукт обычно используется в процессах, в которых используется однонаправленное армирование, такое как намотка нити или пултрузия.
• Маты и вуали. Армирующие маты и нетканые вуали обычно описываются по весу на единицу площади. Например, коврик из рубленых прядей весом 2 унции будет весить 2 унции на квадратный ярд. Тип армирования, дисперсия волокна и количество связующего, которое используется для скрепления мата или вуали, определяют различия между матовыми продуктами. В некоторых процессах, таких как укладка вручную, необходимо, чтобы связующее растворялось. В других процессах, особенно при прессовании и пултрузии, связующее должно выдерживать гидравлические силы и растворяющую способность матричной смолы во время формования. Следовательно, с точки зрения связующего, две общие категории матов или вуалей производятся и известны как растворимые и нерастворимые связующие.
• Тканые, сшитые, плетеные и трехмерные ткани:Существует много типов тканей, которые можно использовать для усиления смол в композите. Разнонаправленные армирующие элементы получают путем плетения, вязания, сшивания или плетения непрерывных волокон в ткань из крученой и изогнутой пряжи. Ткани могут быть изготовлены с использованием практически любого армирующего волокна. Самые распространенные ткани изготавливаются из стекловолокна, карбона или арамида. Ткани обладают ориентированной прочностью и высокими усиливающими нагрузками, которые часто встречаются в высокопроизводительных применениях Ткани позволяют точно разместить арматуру. Это нельзя сделать с помощью измельченных волокон или рубленых прядей, и это возможно только с непрерывными прядями с использованием относительно дорогого оборудования для укладки волокон. Из-за непрерывного характера волокон в большинстве тканей, отношение прочности к весу намного выше, чем у версий с нарезанным или рубленым волокном. Сшитые ткани позволяют настраивать ориентацию волокон в структуре ткани. Это может иметь большое преимущество при проектировании на устойчивость к сдвигу или кручению.
• Однонаправленный: однонаправленные усиления включают ленты, жгуты, однонаправленный жгут и ровинг (которые представляют собой совокупность волокон или прядей). Волокна в этой форме все выровнены параллельно в одном направлении и не изогнуты, обеспечивая самые высокие механические свойства. Композиты с использованием однонаправленных лент или листов имеют высокую прочность в направлении волокна. Однонаправленные листы тонкие, и для большинства структурных применений требуются несколько слоев. Типичные области применения однонаправленной арматуры включают в себя конструированные композиты с высокой нагрузкой, такие как компоненты самолетов или гоночные катера.
• Препрег: Препрег – это готовый материал из армирующей формы и полимерной матрицы. Пропускание армирующих волокон или форм, таких как ткани, через ванну со смолой используется для изготовления препрега. Смола насыщается (пропитывается) волокном, а затем нагревается для продвижения реакции отверждения на различные стадии отверждения. Термореактивные или термопластичные препреги доступны и могут храниться в холодильнике или при комнатной температуре в зависимости от составляющих материалов. Препрег можно наносить вручную или механически в различных направлениях в зависимости от требований дизайна.
• Размолотые: Размолотые волокна представляют собой рубленые волокна, имеющие очень короткую длину волокон (обычно менее 1/8 дюйма). Эти продукты часто используются в термореактивных замазках, отливках или синтаксических пенах для предотвращения растрескивания отвержденной композиции из-за усадки смолы.

Цена композитной арматуры колеблется от 7 рублей на п/метр.