Matrice vláknových kompozitů

(c) NoiseD, CC BY-SA 3.0

Matrice je pojivo výztuže ve vláknových kompozitech.^[1]

Funkce matrice

^[2] Vlákna musí být v kompozitu zafixována tak, aby bylo možné zavádění a odvádění zátěže. K přenosu sil dochází s pomocí adheze mezi vláknovou výztuží a matricí.

Úkolem matrice je také chránit výztuž proti vnějším vlivům.

Modul elasticity vláken v podélném směru musí být větší než modul materiálu v matrici.

Tažnost matrice musí být vyšší než tažnost vláken, zatímco pevnost vláken musí být větší než pevnost matrice

Druhy matric v kompozitech s vláknovou výztuží

^[2] Zdaleka nejpoužívanější jsou polymerové matrice, pro speciální účely jsou na matrice vhodné také kovové a keramické materiály a uhlík.

Polymerové matrice se obvykle dělí na reaktoplastové a termoplastové, od kterých se někdy odlišuje malá skupina matric z elastomerů, při čemž se (v roce 2010) více než 90 % matric zhotovuje z reaktoplastů.

Reaktoplastové matrice

Reaktoplasty (v němčině a angličtině zvané také duroplasty) jsou většinou tekuté i při pokojové teplotě, proto se mohou snadno smáčet a prosáknout mezi vyztužovací vlákna, vytvrzování po spojení s výztuží se však musí podporovat chemickými prostředky. Reaktoplastová matrice obsahuje vytvrzovací a urychlovací prostředky, neobsahuje však (na rozdíl od termoplastů) žádná vyztužovací vlákna.

Kompozitové díly s reaktoplastovou pryskyřicí se po ztvrdnutí resp. zesíťování matrice nedají tvarovat, dají se však použít i při vysokých teplotách a mají vyšší pevnost než kompozity s termoplastovým lůžkem.

Nejpoužívanější druhy reaktoplastů:

(¹) Technologie zpracování matric:

RTM – Resin Transfer Moulding = prosycování výztuže nízkoviskózní pryskyřicí v uzavřené dvoudílné formě

SMC – Sheet Moulding Compound = vláčný ohebný prepreg z polotuhé směsi matrice, vláken, ztužujících přísad, plniv a dalších aditiv pro lisování

TMC – Thick Moulding Compound = podobně jako SMC, ale s větší tloušťkou polotovaru

IM – Injection Moulding = vstřikování směsi polymeru a krátkých vláken

BMC – Bulk Moulding Compound = směs pryskyřice a krátkých vláken, používaná pro lisování

V Evropě bylo v roce 2005 vyrobeno asi 1,2 miliony tun kompozitů, z toho více než 90 % s reaktoplastovými matricemi.

Termoplastové matrice

Termoplasty zkapalňují až při teplotách nad 200 °C. Kompozity s termoplastickou matricí se mohou dodatečně tvarovat nebo svařovat. Po schlazení matrice jsou kompozity hotové k použití, dají se skladovat na neomezenou dobu, při zvýšené teplotě však změknou. Se zvýšeným obsahem vláken v kompozitu klesá sklon ke zkrucování.

Termoplastové matrice jsou vždy vyztuženy textilními vlákny. Zpravidla se rozeznávají matrice

• s obsahem 15-50 % krátkých vláken (cca 0,2 mm)
• s obsahem až 80 % dlouhých vláken (do 25 mm)
• vyztužené tkaninami nebo rohožemi

Nejpoužívanější druhy termoplastů:

(²) GMT – Glass Mat Thermoplastic = tváření termoplastických desek obsahujících vyztužující vlákna (rohože)

Elastomerové matrice

se vyrábí z polyuretanové pryskyřice a zpracovávají na kompozity technologií navíjení.

Z kompozit se dají vyrábět konstrukční díly na ohebné výrobky, např. hnací hřídele, spojky, klínové řemeny a tzv. pneumatické svaly.^[5]

Přilnavost vláken k matrici

Kvalita vzájemné vazby výztuže s matricí má značný vliv na mechanické a termické vlastnosti kompozitu. Ke zvýšení přilnavosti se proto textilní vlákna napouští šlichtou nebo vhodnými chemikáliemi, případně se ozařují (aramidová vlákna) ultrafialovými paprsky. Váhový podíl šlichty obnáší zpravidla 1,5 %, do šlichty se přidává 0,05 % silanu, nejčastěji tzv. organosilanu.

Vytvrzování matrice

je složitý proces spojený s vývojem tepla, zvýšením viskozity a zmenšením objemu. Některé technologie vyžadují přídavek urychlovače, velmi důležitou charakteristikou vytvrzovacího procesu je tzv. doba gelace (želatinace).

Například pro výrobu prepregu se pryskyřice musí dostat z kapalného stavu do předvytvrzeného stavu (tzv. resitol), v němž již pryskyřice neteče, je ale lepivá a po ohřátí se dotvrdí. Konečný stav vytvrzené pryskyřice, tzv. resit, se vyznačuje nelepivostí, nerozpustností a vysokou teplotou.

U tenkých laminátu se dá použít vytvrzování svazkem elektronů, které způsobuje polymerizaci a zesítění pryskyřice citlivé na ozáření. Dále lze použít rentgenové paprsky a mikrovlnný ohřev.

Nové je použití ultrafialového záření (UV) u pryskyřice s přidanými fotoiniciátory.

Literatura

• Gottfried W. Ehrenstein: Faserverbund-Kunststoffe : Werkstoffe – Verarbeitung – Eigenschaften, Hanser Verlag München Wien 2006, ISBN 3-446-22716-4

Reference

Reference byla změněna. Nejsou již uvedeny údaje o zpracování a ceny matric