De 5 vanligaste fibertyperna för armering av plast
I den här artikeln går vi igenom de 5 vanligaste fibertyperna för armering av plast. Egenskaperna hos en fiber styr till stor del egenskaperna av kompositmaterialet.
Fibrernas egenskaper styr till stor del kompositmaterialens egenskaper, men även fiberns utformning, matrismaterialens egenskaper, samt vidhäftningen mellan fiber och matris har stor betydelse. I denna artikel fokuserar vi på de 5 vanligaste fibertyperna men kommer att ta upp fiberutformning och matrismaterial i uppkommande artiklar.
Glasfiber
Glasfiber är den absolut vanligaste fibertypen för armerade plaster och har funnits i storskalig produktion sedan 40-talet. Det finns en mängd olika varianter att tillgå och priset är relativt lågt.
Glasfiber består till största av kiseldioxid som smälts och dras igenom tunna munstycken. Därefter kyls fibrerna och ytbehandlas (sizing) för att skydda fibern, underlätta hantering och att se till en bra vidhäftning till härdplasten. Ytbehandlingen skiljer sig beroende på vilken härdplast som skall användas.
Därför är kombinationen av härdplast och sizing viktig att känna till. Om du ska laminera en fiber med epoxi som är sizad för polyester kommer du att få ett dåligt resultat.
Man kan variera glasets sammansättning och därmed få fibrer med olika egenskaper. Den absolut vanligaste kvaliteten och den vi säljer i butiken är sk elektroglas (E-glas). Det finns även höghållfast glas (S-glas), kemikalieresistent glas (C-glas) och dielektriskt glas (D-glas).
E-glas är den vanligast pga bra prestanda i förhållande till pris. För konstruktioner med krav på högre belastningar kan dock S-glas vara ett mer intressant alternativ.
Användningsområden
- Fordonsindustrin (bilar, lastbilar, tåg)
- Marina tillämpningar
- Sportartiklar
- Byggindustri
Egenskaper
| Fördelar | Nackdelar |
|---|---|
| Lågt pris | Låg styvhet |
| Hög draghållfasthet | Dålig nötningstålighet |
| Enkel att laminera | Hög densitet |
| Elektriskt isolerad |
Kolfiber
Kolfiber för armering av plast blev kommersiellt tillgänglig under slutet av 1960-talet. Det sker en konstant utveckling och det finns mängder av olika varianter. Priset relativt glasfiber är högre.
Fibern består till största del av tunna lameller av grafit och tillverkas genom sträckning och värmebehandling av polyakrylnitril (PAN) eller syntetisk tjära (pitch).
Fibern klassificeras efter styvhet och styrka, t ex HS-fiber med hög styrka, HM-fiber med hög styvhet, samt IMfiber med ”mellanliggande” styvhet, samt
efter storleken på fiberbuntarna där benämningen 3K innebär att det är 3000 fiber i varje bunt.
Karakteristiskt för kompositer armerade med kolfiber är hög styvhet och hög hållfasthet. Kolfiber kan armeras med olika typer av härdplaster där epoxi är den vanligaste. Med rätt blandning av härdplast och kolfiber fås ett konstruktionsmaterial som i förhållande till sin vikt är otroligt styvt och starkt.
Kofiber har en kort töjgräns normalt runt ca 1,5% (beroende på kvalitet). Detta innebär att även om kolfiberkompositer är styva är dom också spröda och är känsliga för direkta slag. Undvik alltså att använda kolfiber där materialet töjer sig över sin töjgräns då det kommer att gå tvärt av. Vid kolfiberbrott splittras kolfibern och kan orsaka svåra skador. Att lägga på kolfiber ovanpå glasfiber i tron att man ska ”förstärka” kompositen är generellt felaktig då töjgränsen för glasfiber ligger runt 5%. Alltså kommer kolfibern att gå sönder långt innan glasfibern vid töjning. Däremot går det ju bra att styva upp glasfibern, vanligtvis med sk enkelriktade kolfiberband.
Användningsområden
- Flyg- och rymdindusti
- Fordonsindustri (bilar, lastbilar, tåg)
- Marina tillämpningar
- Sportartiklar
- Byggindustri
Egenskaper
| Fördelar | Nackdelar |
|---|---|
| Hög styvhet och draghållfasthet | Låg brottöjning |
| Låg brottöjning | Högt pris |
| Attraktivt utseende | Dålig slagtålighet |
| Hög utmattningsbeständighet | Bildar galvaniskt element vid kontakt med metaller |
Aramid
Aramidfiber för armering av plast introducerades på marknaden 1971 av DuPont. Försäljningsnamnet på fibern var Kevlar.
Aramid är ett organiskt material som tillhör gruppen flytande kristllina polymerer. Fibrer av materialet tillverkas genom lösningmelsspinning.
Aramidfibrer är mycket anisotropa (Ett anisotropiskt material har olika fysikaliska egenskaper beroende på riktning vilken riktning materialet belastas)och de mekaniska och termiska egenskaperna är därmed olika längs och tvärs fibern.
Fibern är hygroskopisk (suger åt sig vatten) och bör torkas ordentligt innan impregnering. Dessutom har aramider låg UV-resistens och måste skyddas mot direkt solljus.
Dess utmärkande drag är att den har hög rivstyrka och hög energiupptagning vid slag. Därför används ofta aramider under rallybilar och i skottsäkra paneler.
När det gäller konstruktion av komponenter baserade på aramidfiberförstärkt plast är det viktigt att känna till att tryckhållfastheten är väsentligt lägre än draghållfastheten och att fästet mellan fiber och matris kan vara svagt pga av fiberns opolära struktur.
Användningsområden
- Skottsäkra västar och paneler
- Bilar (rallysäten, paneler under rallybilar)
- Marina tillämpningar (kanoter, kajaker)
- Sportartiklar
Egenskaper
| Fördelar | Nackdelar |
|---|---|
| Hög styvhet och draghållfasthet | Dålig UV-beständighet |
| Hög brottsseghet | Högt pris |
Naturfiber
Naturfiber den äldsta av alla fibertyper, har funnits som förstärkning av byggnadsmaterial under tusentals år.
Nu är den tillbaka!
Under det senaste åren har intresset för naturfiber ökat allt mer. Intresset av att ersätta glasfiber med naturfiber är högt eftersom naturfibrerna har låg densitet, lågt pris samt utvinns från förnyelsebara råvaror. Nackdelarna jämfört med glasfiber är dock sämre brotthållfasthet, större spridning i kvalitet, samt hög fuktabsorption. Den höga fuktabsorptionen gör att fibrerna behöver torkas innan impregneringen med plast för att undvika allt för hög porhalt i materialet och därmed dåliga mekaniska egenskaper.
Naturfibrerna klassificeras normalt sett efter plats på växten. Lin, jute, och hampa tillhör därför gruppen stjälkfibrer, abaca och sisal tillhör gruppen bladfibrer och bomull och kapok tillhör gruppen fröhårsfibrer.
Användningen av naturfiber som förstärkning i plast har ökat kraftigt under senare år, främst beroende på en stor användning inom fordonsindustrin och marina tillämpningar.
Användningsområden
- Fordonsindustri
- Marina tillämpningar (elektriska båtar, segelbåtar, kayaker)
- Sportartiklar
Egenskaper
| Fördelar | Nackdelar |
|---|---|
| Låg densitet | Låg brottshållfasthet |
| Lågt pris | Hög fuktupptagning |
| Relativt hög specifik styvhet | Stor variation i kvalitet |
| Förnyelsebar råvara | Begränsad processtemperatur |
Hybrid
Hybrider är sammansatta fibrer som kombinerar fördelarna i respektive fiber eller för att förbättra en egenskap i en specifik fibertyp.
En hybrid är inte en egen fibertyp egentligen utan två eller flera sammansatta fibertyper som bildar en väv. Det man vill uppnå är att kombinera fördelarna hos respektive fiber alternativt att förbättra en sämre egenskap i en av fibertyperna.
Det vanligaste exemplet på en hybrid är kolfiber/Kevlar (se bilden). Denna kombinerar den maximala styvheten hos kolfiber tillsammans med den slag- och skärtåliga aramiden. Denna väv finns i butiken och passar mycket bra till kanoter, kajaker, båtdetaljer såsom rorkult, mantågsstöttor.
Andra vanliga hybrider är kolfiber/innegra och kolfiber/twaron.
