אילו סוגי סיבים משמשים בדרך כלל בחומרים מרוכבים?

סוגים עיקריים של סיבים המשמשים ברכיבים מרוכבים-בביצועים גבוהים

1. סיבי זכוכית (פיברגלס)

ישנם זנים רבים ושונים של פיברגלס, אך עבור חומרים מרוכבים, שניים הם הנפוצים ביותר. סיבי זכוכית E- הם הסוג הסטנדרטי כמעט בכל המוצרים המחוזקים בפיברגלס-, בעוד שסיבי זכוכית S- (הידועים גם כ-R-glass או T-סיבי זכוכית) הם בעלי חוזק מתיחה טוב יותר באופן משמעותי. S-סיבי זכוכית הם בדרך כלל קטנים יותר מסיבי זכוכית E-, יש הידבקות טובה יותר במטריצת השרף וביצועי ההשפעה משופרים. אבל זה עולה הרבה יותר. סיבי זכוכית S-2 הם סיבי זכוכית S- מסחריים בעלי חוזק- גבוה יותר, בעל חוזק מתיחה פי שניים מסיבי זכוכית E- טיפוסיים ויש לו גם קשיחות גבוהה יותר בכ-10-20%. אבל כמעט לכל היישומים, סיבי זכוכית E מספיקים.

פיברגלס מיוצר על ידי הוצאת מוצרים מינרלים מותכים (1700 מעלות) (סיליקה, אלומיניום ותחמוצת סידן וכו') דרך חורים בקוטר קטן. בדרך כלל, סיבי זכוכית E- הם בקוטר של כ-10-25 מיקרון, מה שהופך אותם לגדולים יותר מסיבי פחמן.

2. סיבי פחמן

סיבי פחמן מגיעים בזנים רבים, עם תכונות מכניות משתנות ועלויות. סיבי הפחמן אינם מופקעים ישירות מהחומר המותך אלא מיוצרים על ידי טיפול בחום של סיב המבשר, כולל חמצון מקדים באטמוספרה אוויר ופחממה באטמוספירה אינרטית. תחת מתח, מבנה הפחמן בתוך הסיב מתיישר, ועוזר למקסם את חוזק המתיחה והקשיחות.

המבשר הנפוץ ביותר המשמש לסיבי פחמן הוא סיבי פולי-אקרילוניטריל (PAN). כיום, סיבי הפחמן הסטנדרטיים והבינוניים הנפוצים ביותר מבוססים על מבשר PAN. המודולוס של סיבי פחמן שהוכן על ידי מערכת קדם האספלט (מגרש) הוא בדרך כלל גבוה יותר. סיב פחמן בודד הוא בדרך כלל קטן יותר מסיבי זכוכית, בקוטר של 5 מיקרון בלבד. סיבי פחמן מודולסים מסווגים לעתים קרובות עם מודול סטנדרטי, מודול ביניים (IM), מודול גבוה (HM) וסיבי פחמן עם מודול גבוה במיוחד-.

השוואה בין מאפיינים מכניים של סיבים נפוצים

טבלה זו מספקת תכונות פיזיקליות ומכאניות מאומתות של הסיבים העיקריים המשמשים בחומרים מרוכבים הנדסיים, ומסייעת למהנדסים לבחור את החיזוק הנכון על סמך דרישות צפיפות, חוזק ומודולוס.

סיבי חיזוק מיוחדים אחרים בתעשייה

מעבר לזכוכית ופחמן מסורתיים, יישומים מיוחדים דורשים ארכיטקטורות סיבים ייחודיות:

• סיבי ארמיד קוולר:סיב ארמיד סינתטי שפותח על ידי דופונט. סיבי ארמיד מסחריים אחרים כוללים את Twaron, Technora ו-Nomex. כסיבי חיזוק לחומרים מרוכבים, סיבי ארמיד משמשים בעיקר ליישומים בעלי חוזק מתיחה גבוה ועמידות בפני נקב, בלאי ושבירה. הם משמשים לעתים קרובות בשילוב עם סיבי פחמן או סיבי זכוכית.
• סיבי בזלת:מיוצר על ידי שימוש בתהליך התכה ושחול הדומה לסיבי זכוכית. חוזק המתיחה והמודלוס שלו גבוהים מעט מסיבי זכוכית E- אך פחות מסיבי פחמן. הצפיפות דומה לזו של סיבי זכוכית E-. המחיר הוא בין E-סיבי זכוכית לסיבי פחמן.
• פוליאתילן בעל משקל מולקולרי גבוה במיוחד:גם Dyneema וגם Spectra הם סיבים העשויים מפוליאתילן אולטרה-במשקל מולקולרי גבוה (UHMWPE) או פוליאתילן עם מודול גבוה (HMPE). UHMWPE הוא מחוספס, עמיד, ולעתים קרובות מעורבב עם סיבי פחמן כדי לשפר את הקשיחות המרוכבת וספיגת אנרגיית ההשפעה.
• פוליפרופילן בעל משקל מולקולרי גבוה:Innegra הוא סיב העשוי מפוליפרופילן בעל משקל מולקולרי גבוה (HMPP). למרות שאינה חזקה כמו Kevlar או Dyneema, Innegra היא קשיחה ועמידה בפני פגיעות ושבירה בעלות נמוכה יותר.
• סיבים צמחיים:סיבי החיזוק המבניים העתיקים ביותר הם סיבי עץ וצמחים (כגון פשתן ויוטה). בעוד שהם מציעים יתרונות אקולוגיים, סיבים צמחיים נאבקים בספיגת לחות ומפגינים מגוון רחב יותר של חוסר עקביות מכאני בהשוואה לזכוכית E-מהונדסת.
• סיבים קרמיים:משמש בחומרי מטריצה ​​קרמיים (CMC) לעמידות גבוהה במיוחד בטמפרטורה-. לסיבי בורון שאינם-אוקסיד יש חוזק לחיצה מדהים, בעוד שסיבי סיליקון קרביד (SiC) מציעים קשיות עילאית.

העברת סיבים גולמיים לפתרונות מבניים: ההבדל ב- LFT

פשוט ערבוב של סיבים גולמיים עם פלסטיק אינו מספיק ליישומים מבניים כבדים-. תרכובות סיבים קצרות-סטנדרטיות משתמשות בסיבים קצוצים מתחת ל-1 מ"מ, הפועלים כחומרי מילוי חלקיקים אך אינם מצליחים להעביר לחץ מכני ביעילות. זה המקום שבותרמופלסטיות סיבים ארוכים (LFT/LFRT)הופכים חיוניים.

על ידי שימוש בטכנולוגיית תרכובת פולטרוזציה מתמשכת, LFT-G^®מיישר סיבי זכוכית E- או סיבי פחמן PAN בתוך מטריצות פולימריות (כמו PP, PA6, PA12, PPS, PEEK). ברכיב יצוק-ההזרקה הסופי, סיבים אלו שומרים על אורך של 10-12 מ"מ, ויוצריםרשת שלד משתלבת בתלת מימד. השלד הפנימי הזה משפר באופן דרמטי:

• עמידות בפני פגיעה:סופג זעזועים מכני ומונע התפשטות סדקים.
• יציבות מימדית:מפחית את התכווצות העובש ומבטל עיוות.
• יכולות החלפת מתכת:מחליף רכיבי אלומיניום ופלדה כבדים, ומפחית את משקל החלק עד 50%.

שאלות נפוצות (שאלות נפוצות)