วัสดุที่แตกต่างกันมาก
วัสดุคอมโพสิตแตกต่างจากวัสดุทั่วไปตรงที่ชิ้นส่วนคอมโพสิตมีส่วนประกอบที่แตกต่างกันสองส่วน ได้แก่ วัสดุไฟเบอร์และเมทริกซ์ (โดยทั่วไปคือเรซินโพลีเมอร์) ซึ่งยังคงแยกออกจากกันเมื่อรวมกันแต่จะมีปฏิกิริยาโต้ตอบกันจนเกิดเป็นวัสดุใหม่ซึ่งคุณสมบัติไม่สามารถคาดเดาได้เพียงเพิ่มคุณสมบัติของมันลงไป ส่วนประกอบ
ที่จริงแล้ว ข้อดีหลักประการหนึ่งของการผสมผสานระหว่างไฟเบอร์/เรซินคือการเสริมกัน ตัวอย่างเช่น ใยแก้วบางๆ มีความต้านทานแรงดึงค่อนข้างสูงแต่เสียหายได้ง่าย ในทางตรงกันข้าม เรซินโพลีเมอร์ส่วนใหญ่มีความต้านทานแรงดึงต่ำแต่มีความเหนียวและอ่อนตัวได้ อย่างไรก็ตาม เมื่อนำเส้นใยและเรซินมารวมกัน ก็สามารถชดเชยจุดอ่อนของกันและกันได้ โดยสร้างวัสดุที่มีประโยชน์มากกว่าส่วนประกอบใดๆ มาก
คุณสมบัติเชิงโครงสร้างของวัสดุคอมโพสิตส่วนใหญ่ได้มาจากการเสริมแรงด้วยเส้นใย คอมโพสิตเชิงพาณิชย์สำหรับตลาดขนาดใหญ่ เช่น ชิ้นส่วนยานยนต์ เรือ สินค้าอุปโภคบริโภค และชิ้นส่วนอุตสาหกรรมที่ทนต่อการกัดกร่อน โดยทั่วไปจะทำจากไฟเบอร์กลาสที่ไม่ต่อเนื่องและมีการสุ่มตัวอย่าง หรือรูปแบบเส้นใยที่ต่อเนื่องแต่ไม่มุ่งเน้น
เดิมทีพัฒนาขึ้นสำหรับตลาดการบินและอวกาศทางทหาร วัสดุคอมโพสิตขั้นสูงซึ่งทำงานได้ดีกว่าโลหะโครงสร้างแบบเดิม ปัจจุบันพบได้ในดาวเทียมสื่อสาร อากาศยาน สินค้ากีฬา การขนส่ง อุตสาหกรรมหนัก และภาคพลังงานสำหรับการสำรวจน้ำมันและก๊าซ และการก่อสร้างกังหันลม
คอมโพสิตประสิทธิภาพสูงได้รับลักษณะทางโครงสร้างจากวัสดุเสริมเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูงอย่างต่อเนื่องและมุ่งเน้น -- โดยทั่วไปแล้ว เส้นใยคาร์บอน เส้นใยอะริลโพลิเอไมด์ หรือใยแก้ว -- ในเมทริกซ์ที่ปรับปรุงความสามารถในการแปรรูปและเพิ่มคุณสมบัติทางกล เช่นความแข็งและทนต่อสารเคมี
สามารถควบคุมการวางแนวของไฟเบอร์ได้ ซึ่งเป็นปัจจัยที่สามารถปรับปรุงประสิทธิภาพในการใช้งานใดๆ ได้ ตัวอย่างเช่น ในก้านไม้กอล์ฟแบบคอมโพสิต โบรอนและเส้นใยคาร์บอนจะถูกจัดวางในมุมที่แตกต่างกันภายในเพลาคอมโพสิต สามารถใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะด้านความแข็งแกร่งและความแข็งได้อย่างเต็มที่ และทนทานต่อโหลดแรงบิด และการดัดงอ แรงอัด และแรงดึงหลายรูปแบบ
ไฟเบอร์กลาส
เส้นใยส่วนใหญ่ที่ใช้ในอุตสาหกรรมคอมโพสิตคือแก้ว ไฟเบอร์กลาสเป็นวัสดุเสริมแรงที่เก่าแก่ที่สุดและแพร่หลายที่สุดที่ใช้ในการใช้งานในตลาดปลายทางส่วนใหญ่ (โดยอุตสาหกรรมการบินและอวกาศเป็นข้อยกเว้นที่สำคัญ) เพื่อทดแทนส่วนประกอบโลหะที่หนักกว่า
ไฟเบอร์กลาสมีน้ำหนักมากกว่าและแข็งน้อยกว่าคาร์บอนไฟเบอร์ ซึ่งเป็นวัสดุเสริมแรงที่พบมากที่สุดรองลงมา แต่ทนทานต่อแรงกระแทกได้ดีกว่าและมีการยืดตัวที่มากกว่าเมื่อขาด (นั่นคือ ไฟเบอร์กลาสจะยืดออกมากขึ้นก่อนที่จะแตกหัก) คุณลักษณะและระดับประสิทธิภาพที่หลากหลายสามารถหาได้ขึ้นอยู่กับประเภทของแก้ว เส้นผ่านศูนย์กลางของเส้นใย เคมีในการเคลือบ (เรียกว่า "ขนาด") และรูปแบบของเส้นใย
เส้นใยแก้วมีจำหน่ายในรูปแบบมัดรวมที่เรียกว่าเส้นใย ซึ่งเป็นกลุ่มของเส้นใยแก้วต่อเนื่องกัน
การสัญจรมักจะเป็นกลุ่มของเกลียวที่ไม่พันเกลียวพันกันเหมือนด้ายรอบแกนม้วนใหญ่ การท่องเที่ยวแบบปลายเดี่ยวประกอบด้วยเส้นใยแก้วหลายเส้นที่ต่อเนื่องกันซึ่งทอดยาวไปตามความยาวของเกลียว Multi-ended roving ประกอบด้วยเกลียวที่ยาวแต่ไม่ต่อเนื่องกันอย่างสมบูรณ์ ซึ่งจะถูกเพิ่มหรือปล่อยในลักษณะเซระหว่างการพันเกลียว เส้นด้ายคือกลุ่มของเกลียวเกลียวที่บิดเข้าหากัน
เส้นใยประสิทธิภาพสูง
คาร์บอนไฟเบอร์ - เส้นใยที่ใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุดในการใช้งานที่มีประสิทธิภาพสูง - ผลิตจากระบบสารตั้งต้นที่หลากหลาย รวมถึงโพลีอะคริโลไนไตรล์ (PAN) เรยอน และแอสฟัลต์ เส้นใยตั้งต้นได้รับการบำบัดทางเคมี ให้ความร้อน และยืดออก จากนั้นจึงทำให้เป็นคาร์บอนเพื่อผลิตเส้นใยที่มีความแข็งแรงสูง คาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูงตัวแรกในตลาดทำจากสารตั้งต้นเรยอน
ปัจจุบัน โพลีอะคริโลไนไตรล์และเส้นใยแอสฟัลต์ได้เข้ามาแทนที่เส้นใยเทียมในการใช้งานส่วนใหญ่ คาร์บอนไฟเบอร์แบบแพนมีความหลากหลายมากที่สุด มีคุณสมบัติที่น่าทึ่งมากมาย รวมถึงความแข็งแกร่งที่ยอดเยี่ยมและความแข็งสูง เส้นใยแอสฟัลต์ทำจากปิโตรเลียมหรือน้ำมันดินจากถ่านหิน และมีความแข็งสูงถึงสูงมาก และมีค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อน (CTE) ตามแนวแกนต่ำถึงลบ คุณลักษณะ CTE มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานยานอวกาศที่ต้องการการจัดการความร้อน เช่น กล่องเครื่องมืออิเล็กทรอนิกส์
แม้ว่าจะมีความแข็งแรงกว่าแก้วหรือเส้นใยอะรามิด แต่คาร์บอนไฟเบอร์ไม่เพียงทนทานต่อแรงกระแทกน้อยกว่าเท่านั้น แต่ยังได้รับการกัดกร่อนด้วยไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับโลหะอีกด้วย ผู้ผลิตเอาชนะปัญหาหลังนี้ด้วยการใช้วัสดุกั้นหรือชั้นม่าน (โดยปกติคือไฟเบอร์กลาส/อีพอกซี) ในระหว่างกระบวนการลามิเนต
รูปแบบเส้นใยพื้นฐานของคาร์บอนไฟเบอร์ประสิทธิภาพสูงคือมัดเส้นใยต่อเนื่องที่เรียกว่ามัดเส้นใย มัดคาร์บอนไฟเบอร์ประกอบด้วยเส้นใยที่ต่อเนื่องกันนับพันเส้น โดยจำนวนเส้นใยแทนด้วยตัวเลขตามด้วย "K" ซึ่งหมายถึงคูณด้วย 1,000 (เช่น 12K หมายถึงจำนวนเส้นใยที่เท่ากับ 12,000) พวงสามารถนำมาใช้โดยตรงในกระบวนการต่างๆ เช่น การพันเส้นใยหรือการขึ้นรูปแบบพัลทรูชัน หรือสามารถแปลงเป็นริบบอน ผ้า และรูปแบบเสริมอื่น ๆ ได้ในทิศทางเดียว
