חומרים שונים מאוד
חומרים מרוכבים שונים מחומרים קונבנציונליים בכך שחלקים מרוכבים מכילים שני רכיבים נפרדים - סיבים וחומרי מטריקס (בדרך כלל שרפים פולימריים) - שנשארים מופרדים בשילובם אך מקיימים אינטראקציה כדי ליצור חומר חדש שלא ניתן לחזות את תכונותיו על ידי הוספת תכונותיו. רכיבים.
למעשה, אחד היתרונות העיקריים של שילוב הסיבים/שרף הוא ההשלמה שלו. לסיבי זכוכית דקים, למשל, חוזק מתיחה גבוה יחסית אך נפגע בקלות. לעומת זאת, לרוב השרפים הפולימריים יש חוזק מתיחה חלש אך הם קשים מאוד וניתנים לגיבוש. עם זאת, כאשר משלבים סיבים ושרף, הם יכולים לקזז את החולשות של זה, וליצור חומר שהוא הרבה יותר שימושי מכל רכיב בודד.
התכונות המבניות של חומרים מרוכבים נגזרות בעיקר מחיזוק סיבים. חומרים מרוכבים מסחריים לשווקים גדולים, כגון חלקי רכב, ספינות, מוצרי צריכה וחלקים תעשייתיים עמידים בפני קורוזיה, עשויים בדרך כלל מפיברגלס לא רציף, בעל אוריינטציה אקראית, או צורות סיבים רציפים אך לא מכוונים.
במקור פותחו עבור שוק התעופה והחלל הצבאי, חומרים מרוכבים מתקדמים, בעלי ביצועים טובים יותר ממתכות מבניות מסורתיות, נמצאים כיום בלווייני תקשורת, מטוסים, מוצרי ספורט, תחבורה, תעשייה כבדה ומגזר האנרגיה לחיפושי נפט וגז ובניית טורבינות רוח.
חומרים מרוכבים בעלי ביצועים גבוהים שואבים את המאפיינים המבניים שלהם מחומרי חיזוק סיבים מתמשכים, מכוונים ובעלי חוזק גבוה -- לרוב סיבי פחמן, סיבי ארילפוליאמיד או סיבי זכוכית -- במטריצה המשפרת את יכולת העיבוד ומשפרת תכונות מכניות כגון קשיחות ועמידות כימית.
ניתן לשלוט בכיוון הסיבים, וזה גורם שיכול לשפר את הביצועים בכל יישום. לדוגמה, בציר מרוכב של קלות גולף, סיבי בורון ופחמן מכוונים בזוויות שונות בתוך הציר המרוכב, מסוגלים לנצל את מלוא מאפייני החוזק והקשיחות שלהם ולעמוד בעומסי מומנט וכוחות כיפוף, דחיסה ומתיחה מרובים.
סיב זכוכית
הרוב המכריע של הסיבים המשמשים בתעשיית המרוכבים הם זכוכית. פיברגלס הוא חומר החיזוק העתיק והנפוץ ביותר המשמש ברוב היישומים בשוק הקצה (כאשר תעשיית התעופה והחלל היא חריג חשוב) להחלפת רכיבי מתכת כבדים יותר.
פיברגלס כבד וקשיח פחות מסיבי פחמן, חומר החיזוק הבא בשכיחותו, אך הוא עמיד יותר בפני פגיעות ובעל התארכות גדולה יותר בשבירה (כלומר, הוא נמתח במידה רבה יותר לפני השבירה). ניתן לקבל מגוון רחב של מאפיינים ורמות ביצועים בהתאם לסוג הזכוכית, קוטר הנימה, כימיית הציפוי (המכונה "מידה"), וצורת הסיבים.
חוטי זכוכית מסופקים בצורה של צרורות הנקראים גדילים, שהם אוספים של חוטי זכוכית רציפים.
רובינג הוא בדרך כלל צרור של גדילים לא מעוותים עטופים כחוט סביב סליל גדול. נדידה חד-קצה מורכבת מגדיל רציף של חוטי זכוכית מרובים הנמשכים לאורך הגדיל. נדידה מרובה קצוות מכילה גדילים ארוכים אך לא רציפים לחלוטין שמתווספים או נשמטים בסידור מדורג במהלך הליפוף. חוט הוא אוסף של גדילים מעוותים זה לזה.
סיבים בעלי ביצועים גבוהים
סיבי פחמן - ללא ספק הסיבים הנפוצים ביותר ביישומים בעלי ביצועים גבוהים - עשויים ממגוון מערכות מבשר, כולל פולי-אקרילוניטריל (PAN), rayon ואספלט. סיבי קדם עוברים טיפול כימי, מחוממים ומתוחים, ולאחר מכן מוגזים לייצור סיבים בעלי חוזק גבוה. סיבי הפחמן בעלי הביצועים הגבוהים הראשון בשוק נוצרו ממבשרי rayon.
כיום, סיבים מבוססי פוליאקרילוניטריל וסיבים על בסיס אספלט החליפו סיבים מלאכותיים ברוב היישומים. סיבי פחמן מבוססי פאן הם המגוון ביותר. הם מציעים מגוון מדהים של תכונות, כולל חוזק מעולה וקשיחות גבוהה. סיבי אספלט עשויים מביטומן נפט או זפת פחם ובעלי קשיחות גבוהה עד גבוהה במיוחד ומקדם צירי שלילי של התפשטות תרמית (CTE). מאפייני ה-CTE שלהם שימושיים במיוחד ביישומי חלליות הדורשים ניהול תרמי, כגון מארזי מכשירים אלקטרוניים.
למרות שהם חזקים יותר מסיבי זכוכית או ארמיד, סיבי פחמן לא רק פחות עמידים בפני פגיעות, אלא גם עוברים קורוזיה גלוונית כאשר הם באים במגע עם מתכת. היצרנים מתגברים על הבעיה האחרונה על ידי שימוש בחומרי מחסום או שכבות רעלה (בדרך כלל פיברגלס/אפוקסי) במהלך תהליך הלמינציה.
צורת הסיבים הבסיסית של סיבי פחמן בעלי ביצועים גבוהים היא צרור סיבים רציף הנקרא צרור נימה. צרור סיבי פחמן מורכב מאלפי חוטים רציפים, לא מעוותים, מספר החוטים המיוצג על ידי מספר ואחריו "K", שפירושו כפול 1,000 (לדוגמה, 12K אומר שמספר החוטים הוא 12,000). ניתן להשתמש בצרורות ישירות בתהליכים כגון פיתול נימה או יציקה בפולטרוזציה, או שניתן להמיר אותם לסרטים חד-כיווניים, בדים וצורות מחוזקות אחרות.
