Kompositer
Polymera fiberkompositer består av fibrer inbäddade i plast. Den vanligaste typen av fiber är glasfiber, vilken kännetecknas av bra mekaniska egenskaper och lågt pris. För mer avancerade tillämpningar ersätts glasfibern ofta av kolfiber eftersom denna typ av fiber har lägre densitet och högre styvhet. Plasten benämns normalt matris och har som uppgift att skydda fibern samt se till så att yttre laster på ett effektivt sätt överförs till fibern. De vanligaste matrismaterialen är omättad polyester, vinylester och epoxi. Det finns dock en strävan att ersätta dessa härdplaster med termoplaster, t.ex. polypropen eller polyamid, för att erhålla snabbare tillverkning, enklare återvinning och bättre arbetsmiljö.
Glasfiber för armering av plast blev kommersiellt tillgänglig under slutet av 1930-talet. 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 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. Fördelar med glasfiber är till exempel hög hållfasthet och lågt pris, medan nackdelar är låg styvhet och dålig nötningsbeständighet. Kolfiber för armering av plast utvecklades något senare och blev kommersiellt tillgänglig under slutet av 1960-talet. Fibern består till största del av tunna lameller av grafit och tillverkas genom sträckning och värmebehandling av polyakrylnitril (PAN) eller syntetisk tjära (pitch). Fördelar med kolfiber är till exempel hög styvhet och hållfasthet, medan nackdelar är högt pris och låg brottöjning.
Matrismaterialet har som uppgift att hålla fibrerna på plats, överföra last till fibrerna, skydda fibrerna från yttre påverkan (slag, kemikalier, fukt, mm), samt försvåra fibermikrobuckling vid trycklast. Både härdplaster och termoplaster används som matrismaterial. Vanligast är härdplaster (epoxi, polyester och vinylester), eftersom de normalt har bättre värmebeständighet, kemikaliebeständighet och mekaniska egenskaper än prismässigt jämförbara termoplaster. Vidare är det enklare att erhålla bra vätning av fibrerna med härdplaster än med termoplaster på grund av deras lägre viskositet. Nackdelar med härdplastmatriser är dock längre processtid samt svårare återvinning.
Vid konstruktion med polymera fiberkompositer är det viktigt att beakta att materialegenskaperna normalt är kraftigt anisotropa, att brottöjningen och slagtåligheten är låg, samt att inre spänningar skapas i materialet vid härdning/stelning. Vidare är det viktigt att komma ihåg att styvheten för glasfiber är låg och det går därför oftast inte att ersätta styvhetsdimensionerade metallkonstruktioner med glasfiberkompositer utan omkonstruktion. Dessutom kan det vara bra att försöka integrera så mycket detaljer om möjligt, konstruera för enkel (och därmed kostnadseffektiv) tillverkning, lägga fibrerna där de gör mest nytta, kontrollera så att belastningen är låg tvärs laminatet, undvika spänningskoncentrationer, samt om möjligt göra en helkompositkonstruktion.
Det finns en mängd olika tillverkningsmetoder för polymera fiberkompositer. Den enklaste metoden är handlaminering vilken består av manuell impregnering av fibrerna med hjälp av penslar och rollers. Kännetecknande egenskaper för handlaminering är låga investeringskostnader, långa tillverkningstider, samt hög porhalt och därmed stor variation i kvalitet. Under senare år har många komposittillverkare bytt från handlaminering till vakuuminjicering, vilket är en sluten tillverkningsprocess. Anledningen är att vakuuminjicering ger bättre arbetsmiljö, jämnare kvalitet och bättre mekaniska egenskaper. RTM (Resin Transfer Moulding) är också en sluten tillverkningsprocess och metoden lämpar sig för såväl små som stora serier. Produkter som tillverkas med RTM är t.ex. fordonspaneler, luckor till fritidsbåtar, parabolantenner och propellrar. Men även karossen till BMW i3 tillverkas med hjälp av RTM (i detta fall High Pressure RTM). RTM-tekniken möjliggör tillverkning av komponenter med hög andel fiber och därmed bra mekaniska egenskaper. Vidare erhålls snygga ytor och arbetsmiljön är bättre än för många andra tillverkningsmetoder. Vid tillverkning av höghållfasta produkter används normalt prepregteknik. Prepreg (preimpregnated reinforcement) består av tunna skikt av plastimpregnerade fibrer. Plasten är delvis uthärdad för att hålla ihop materialet och sägs befinna sig i ett B-stadium (A-stadium innebär ohärdat material och C-stadium fullständigt uthärdat). Det finns en mängd olika typer av prepregmaterial baserade på t.ex. glasfiber eller kolfiber i kombination med epoxi, cyanatester eller bismaleimid. Tidigare krävdes normalt en autoklav (trycksatt ugn) för att härda materialet, men i dagsläget finns prepregmaterial som går att härda utan varken tryck eller förhöjd temperatur. För tillverkning av termoplastkompositer används ofta formsprutning eller varmpressning. Två typer av material som används mycket vid varmpressning är GMT och LFT. GMT (Glass Mat Thermoplastic) består vanligtvis av glasfiberarmerad polypropen och säljs i form av förkonsoliderade plattor. Vid tillverkning värms plattorna upp i en ugn varefter de läggs i ett kallt verktyg och pressas ut under högt tryck. Processtiden är kort och metoden är därför lämplig för stora serier. LFT (Long Fiber Thermoplastic) består vanligtvis också av glasfiberarmerad polypropen, men istället för att tillverka förkonsoliderade plattor blandas fiber och plast i en extruder direkt före pressteget. Mycket arbete pågår runt om i världen för att möjliggöra rationell och kostnadseffektiv tillverkning av termoplastkompositer med lastbärande egenskaper. Tekniker som utvecklats under senare år är till exempel förforming av organoplattor följt av översprutning, tillverkning av fiberförformar med hjälp av robot följt av översprutning, lokal förstärkning av formsprutgods med kolfibertejp, samt polymerisation i formverktyget.
Mer information om dessa tillverkningstekniker finns här