Kompositer

Kompositer

Med kompositer menas konstgjort sammansatta material, där det ingående materialen tillsammans bildar ett konstruktionsmaterial.

Den enklaste kompositen är laminatet. Ett laminat består av fibrer impregnerade med en matris. Laminatets egenskaper bestäms bland annat av de ingående materialens egenskaper. Fibrerna utgör armering och matrisen är bindemedlet som håller armeringen på plats.

För att fiber och matris skall samverka, så att pålagda laster till fullo kan tas upp i armeringen, är det nödvändigt att vidhäftningen (fiber – matris) är perfekt.

För det första skall matrisen ha såg låg ytspänning att den kan väta fibern, fibern skall dessutom vara behandlad för den matris den skall samverka med.

Glasfiber förses med en ytbehandling, en så kallad sizing. Om matrisen är epoxi, så skall sizningen vara avpassad för epoxi. En felaktig sizing kan ge dramatiskt försämrad hållfasthet. Kolfiber avsedd för epoxi är som regel överdragen med ett tunt skikt av epoxiharts.

Aramid och polyesterfibrer har ingen sizing. Generellt är det viktigt att fiber lagras torrt och på ett sådant sätt att de inte förorenas.

Mängden fibrer i en komposit är en viktig faktor för egenskaperna. För glasfiber anges ofta fiberhalten som viktprocent av kompositens vikt. Medan kol-, aramid- och polyesterfiberhalten anges i volymprocent.

Glasfiberhalten är lätt att mäta genom att helt enkelt väga en bit komposit, bränna bort matrisen och väga glaset som oförstört blir kvar. Halten organiska fibrer kan inte bestämmas genom bränning, men kan beräknas om man känner ingående materialdata.

laminering1

Där

Vf = Fibervolymfraktion

k = Kompositens densitet

m = Den härdade matrisens densitet

f = Fiberns densitet

Viktfraktionen kan sen beräknas

laminering2

Där Wf är fiberviktfraktionen.

laminering3

Om viktfraktionen är känd kan volymfraktionen beräknas

Matrisen bör ha vissa fundamentala egenskaper för att kompositen skall bli det konstruktionsmaterial som var tänkt. Förutom förmågan att väta och häfta till fibrerna, så skall det också finnas goda mekaniska egenskaper. Det är t.ex. viktigt att matrisen har en brottöjning som medger en deformering som minst är lika stor som den använda fiberns. Samtidigt bör matrisen ha en hög styvhet, dvs. en hög E-modul.

Matrisen skall inte vara spröd, dvs. brista tvärt vid uppnått värde för drag eller böjhållfasthet. En viss plastisk deformation är önskvärd. Epoxiplast kan som regel, rätt formulerad, ges de egenskaper som önskas. Man skiljer mellan rumstemperaturhärdande och värmehärdande system. Båda typerna kan ges höga mekaniska hållfastheter, men skillnaden ligger främst i värmebeständigheten. Tg (Glass Transition Temperature) eller HDT (Heat Deflection Temperature) för rumstemperaturhärdade system når som högst upp till 60-70°C. Vissa värmehärdade system kan klara upp till 250°C.

Kompositmaterial kan tillverkas på flera olika sätt.

Handuppläggning är en vanlig metod som innebär att matrisen appliceras för hand på fibern. Verktyg är normalt roller eller pensel. Handupplagda laminat har som regel ett överskott av matrisen och blir sällan helt porfria. Med hjälp av vakuum kan överskottet av matris samt luftblåsor avlägsnas. På detta sätt ökas hållfastheten.

Vakuuminjicering. Metoden innebär att matrisen injiceras i den i formen upplagda fibern. Formen kan bestå antingen av två delar eller en del där innerdelen utgörs av plastfolie. Metoden är väl ägnad för serieproduktion. Arbetsmiljömässigt är det också en bra metod eftersom man slipper kontakt med matrisen.

Prepreg är förimpregnerade fibrer. Oftast köps prepreg färdig, men impregneringen kan även göras i samband med tillverkning av kompositen. Fördelen ligger till stor del i att förhållandet mellan matris och fiber är kontrollerad. Prepreg skall alltid värmehärdas. Hållbarheten är begränsad eftersom matrisen har en viss reaktivitet även i rumstemperatur. Förvaring i frysrum är en vanlig rekommendation.

Tillbaka