kompositmaterialer

Kompositmaterialer, faste, sammensatte materialer, som består af to eller flere adskilte fysiske faser, og hvis mekaniske egenskaber afviger fra de indgående materialers. Er kompositmaterialet sammensat af plader, bruges ofte betegnelsen laminat.

Kompositmaterialer betegner i dag hovedsagelig materialer, der indeholder et bindemiddel (matrix) og et normalt forstærkende fiber-, partikel- eller skælformet materiale. Et kompositmateriales egenskaber bestemmes af de enkelte dele (matrix og fx fibre), men er tillige specielle for det sammensatte materiale.

Matrixmaterialet kan være metal, keramik eller plast.

Metalkompositmaterialer armeres med partikler eller korte fibre af karbider, nitrider eller oxider for at opnå større stivhed end det rene metal, mens iblanding af varmebestandige fibre kan øge fx letmetallegeringers varmebestandighed.

Keramikkompositmaterialer (fx med aluminiumoxid som matrix) opnår mindre sprødhed ved iblanding af stive og stærke fibre og kan anvendes til skærende metalbearbejdning og i maskindele, som udsættes for hurtige temperaturændringer. Mindre sprødhed opnås også i beton ved at armere med stål.

Plastbaserede kompositmaterialer er normalt korte eller kontinuerte, belastningsbærende og ofte meget stive fibre indlejret i et polymert materiale, der binder fibrene sammen og overfører træk- og trykbelastninger til fibrene. Fibrene kan være fremstillet af glas, bor på en kerne af tungstensfilament, grafit (kulstof) eller aromatiske polyamider (fx Kevlar®). Når de sidstnævnte anvendes (normalt i kontinuert form), tales om avancerede kompositmaterialer. Her er fibrene typisk 50 gange stærkere og 20-150 gange stivere end matrixpolymeren. Sammenbundet i kompositmaterialet kan disse fibre give mekaniske egenskaber, der svarer til eller overgår de fleste metallers; da fibre og matrix samtidig har massefylder, der er lavere end metallers, har avancerede kompositmaterialer i forhold til vægten mekaniske egenskaber, som væsentligt overgår metallers. Optimale egenskaber, fx stor specifik stivhed, høj styrke, lav temperaturudvidelse og svingningsdæmpning, opnås gennem omhyggeligt design, hvor fibrenes orientering veksler i tynde lag gennem materialet. Samtidig er en god og komplet binding mellem matrix og de individuelle fibre nødvendig. Matrixmaterialet var tidligere overvejende en termohærdende harpiks; den seneste udvikling går i retning af højtemperaturbestandige termoplastiske polymerer.

Anvendelser

Siden 2. Verdenskrig har plastbaserede kompositmaterialer fået en stigende anvendelse. Kompositmaterialer af kulfibre og termohærdende epoxyplast har længe været udnyttet i rumfarts-, luftfarts- og militærindustrien til fx parabolantenner til satellitter, lasteluger til rumfærger samt hale- og sideror i F-16-jagerfly og i Airbus A320. Disse komponenter fremstilles af en såkaldt prepreg i form af brede, tynde folier med ensrettede kontinuerte kulfibre, der kan opbygges til et laminat med forskellige fiberorienteringer. Laminatet anbringes i et formværktøj, som tømmes for luft, og det hærdes dernæst under tryk ved 150-200 °C i en autoklave. Cylinder- og kugleformede samt helt plane, mindre emner kan med fordel fremstilles ved vikleteknikker. En prepreg eller uimprægnerede (tørre) fibre, der løbende tilføres matrixmateriale, vikles på en dorn og hærdes efterfølgende. Sportssektoren gør også udstrakt brug af kul- og Kevlarfiberforstærket epoxyplast til fx ski, skistave, kanoer, badminton- og tennisketsjere. Mængdemæssigt er fiberarmeret plast baseret på glasfibre og umættet polyester særdeles vigtigt til meget store konstruktioner som vindmøller, skibsskrog samt olietanke og fyrtårne.

Anvendelser i fly. Flyindustrien har spillet en stor rolle for udviklingen af kompositmaterialer, og i dag anvendes materialerne som nævnt ovenfor i mange forskellige flydele. Den berømte de Havilland Mosquito fra 2. Verdenskrig var den første operative flyvemaskine, der i stort antal blev bygget i kompositmaterialer. Kroppen bestod af skaller fremstillet af to lag krydsfiner med et ca. 2 cm tykt lag balsatræ imellem. Konstruktionen var stærk og samtidig let. Senere udvikledes de Havilland Hornet, hvor de strukturelle paneler var fremstillet af et laminat af balsatræ mellem to pålimede aluminiumplader. I moderne flyvemaskiner benyttes glas- eller kulstoffibermaterialer i vid udstrækning til bl.a. paneler. Da det er relativt let at bygge flyvemaskiner i komposit, har disse materialer vundet stor udbredelse til amatørbygning af eksperimentelle flyvemaskiner af alle mulige udformninger, og næsten alle svævefly er i dag af komposit.

Kommentarer

Kommentarer til artiklen bliver synlige for alle. Undlad at skrive følsomme oplysninger, for eksempel sundhedsoplysninger. Fagansvarlig eller redaktør svarer, når de kan.

Du skal være logget ind for at kommentere.

eller registrer dig

Fagansvarlig for Kunststoffer, polymerkemi, plast og gummi

Kristoffer Almdal
Professor i polymerer, Danmarks Tekniske Universitet