Armeringsfibrer

Glasfiber

E-glas

S-glas

C-glas

Specialglasfiber

Kolfiber

Standard

HS – High Strength

IM – Intermediate Modulus

HM – High Modulus

UHM – Ultra High Modulus

Kolfiberjämförelse

Aramid

Aramidjämförelse

Termoplastfibrer

Dyneema

Naturfibrer

Specialfibrer

Val av armeringsfiber

 

Armeringsfibrer

Armeringsfibrernas syfte i en fiberkomposit är att armera matrisplasten, styva upp den, öka hållfastheten och de mekaniska egenskaperna.

Armeringsfibrer i sig är enbart mycket tunna trådar som inte kan ta upp någon annan last än ren dragbelastning. När dessa tunna trådar binds samman med en matrisplast fås en komposit som kan ta upp laster i alla riktningar och bildar därmed ett konstruktionsmaterial.

 

Uppbyggnad

Beroende på fibermaterial och kvalité är vanligtvis armeringsfibrer för kompositlaminering uppbyggd av fiberknippen om 100-500 fibrer där varje fiber har en diameter kring 2-30 mm (1mm (mikrometer) = 1/1000mm).

Tunnare fibrer innebär generellt att matrisplasten tillåts väta fibrerna bättre, och bättre binda dem vilket framför allt ger högre böj- och skjuvhållfasthetsegenskaper.

Fiberknippen kan antingen vara hårt sammanbundna till s.k. strand eller löst sammanbundna till s.k. roving, och i sin tur paras ihop i större knippen om vanligtvis totalt 1 000-24 000 fibrer.

 

De viktigaste egenskaperna för en armeringsfiber är:

• Goda mekaniska egenskaper, hög draghållfasthet och E-modul vid drag
• Goda möjligheter att vätas och bindas av matrisplasten
• Goda tryck-, böj- och skjuvhållfasthetsegenskaper i fiberkomposit, bunden med matris

 

Önskvärda egenskaper utöver de viktigaste egenskaperna är:

• Högt motstånd mot mekanisk påverkan, hög slaghållfasthet
• Högt motstånd mot yttre miljö främst UV-ljus, vatten och kemikalier

 

Tryck-, böj-, och skjuvhållfasthetsegenskaper

Eftersom armeringsfibern i sig endast kan ta upp dragbelastning, men sammanbunden med plast även kan ta upp tryck-, böj- och skjuvbelastning beror de senare hållfasthetsegenskaperna mer på hur fibrerna väts av matrisplasten och tillåter sig bindas samman än fiberns rena hållfasthetsegenskaper.

Det är därför mycket svårare att utifrån kunskaper av armeringsfibrernas hållfasthetsegenskaper beräkna fiberkompositens tryck-, skjuv- och böjhållfasthetsegenskaper jämfört med fiberkompositens hållfasthetsegenskaper än vid rent dragande belastning.

 

Sizing

Armeringsfibrer ytbehandlas ofta. Denna ytbehandling kallas sizing. Syftet med ytbehandlingen är att öka matrisplastens vätande och bindande förmåga av fibrerna men även för att skydda armeringsfibern mot nötning. Ytbehandlingen skiljer mellan vilken härdplast som fibern skall lamineras med, man säger att fibern är sizad för polyester, vinylester eller epoxi. Om man tex laminerar en fiber som är sizad för polyester (som innehåller lösningsmedlet styren) med epoxi (som vanligtvis är lösningsmedelsfri) är det sannolikt att fiberlaminatets hållfasthet blir sämre än om fibrer sizade för epoxi hade utnyttjats.

 

Det förekommer ett antal olika fibrer som utnyttjas för att armera plast, de vanligt förekommande armeringsfibrer:

• Glasfiber
• Kolfiber
• Aramid

Termoplastfibrer:

• Polyester / Teryleneä
• Nylon
• Dyneemaä / Spectraä

Naturfibrer

Specialfibrer

 

 

Översikt – fibrer för armering av härdplast:

Fiber	Användningsområden	Fördelar	Nackdelar
Glasfiber (E-glas)	Generellt till alla typer av tillämpningar både som armering i termoplaster och härdplaster. Allt ifrån priskänsliga lågprestandatillämpningar, i form av huggen korttrådig armering och hög plasthalt (polyester) till relativt högprestandakrävande tillämpningar med vävar och vinylester eller epoxi som matris i kombination med sandwichuppbyggnad.   Marina tillämpningar, båtar, fordonsindustrin, byggindustrin.	+ Lågt pris + Finns i många former och utföranden, enkel att köpa i mindre kvantiteter + Elektriskt isolerande + Förhållandevis hög draghållfasthet + Enkel att laminera, lätt att se då väven är genomvätt	- Låg styvhet (låg E-modul) - Hög densitet - Stickande slipdamm
Kolfiber	Tillämpningar som kräver hög styvhet och styrka i förhållande till vikten men där priset är underordnat. Hela högprestanda konstruktioner och lokala förstärkningar av glasfiberlaminat. Oftast med epoxi eller vinylester som matris.   Flyg och rymdindustrin, militärindustrin, sportartiklar (cyklar, racket, klubbor, spön mm).	+ Hög styvhet + Hög draghållfasthet + Hög utmattningsbeständighet + Attraktivt utseende	- Högt pris - Dålig slagtålighet - Sprött, kort sträckgräns - Elektriskt ledande, bildar galvaniskt element vid kontakt med metaller
Aramid	Tillämpningar som kräver hög slagtålighet men även hög draghållfasthet i förhållande till vikten, ofta tillsammans med kolfiber för att skydda laminat. Skottsäkra (ballistiska) laminat och förstärkningar.   Främst militärindustrin, flyg och rymdindustrin.	+ Hög slagtålighet + Hög rivstyrka + Låg densitet	- Högt pris - Dålig UV-tålighet, mörknar och bryts ner vid exponering av solljus - Låg tryck- och böjhållfasthet pga begränsad vätning för matrisen
Polyester/ Teryleneä	Tillämpningar där styvheten hos laminatet är underordnat, utan där ett segt slagtåligt laminat prioriteras. Även till ytmattor i glasfiberbaserade laminat där hög ytjämnhet och skydd om yttre miljö och kemikalier krävs.   Främst båtar och tankar.	+ Hög slagtålighet, ger ett laminat som flexar undan vid slag + Lågt pris + Kemikalieskyddande	- Mycket låg styvhet (låg E-modul)
Dyneemaä/ Spectraä	Utnyttjas i lamineringssammanhang endast i specialfall då kravet på slagtålighet är mycket hög men den dålig vätande förmågan inte påverkar konstruktionen.   Skottsäkra (ballistiska) speciallaminat, uppfångande förstärkningar.	+ Hög slagtålighet + Hög rivstyrka + Låg densitet (lättare än vatten = flyter) + Hög draghållfasthet	- Mycket dålig vätning, nästintill omöjlig att utnyttja i laminatsammanhang - Sträcks vid kontinuerlig belastning - Högt pris - Svår att få tag i för lamineringsbruk

 

Översikt – fysiska egenskaper för de vanligaste fibrerna för armering av härdplast:

3= bäst, 2=medel, 1=sämst

Egenskap	Glasfiber (E-glas)	Kolfiber (HS-kvalité)	Aramid (Kevlar 49)
Draghållfasthet	2	3	2
E-modul, drag	1	3	2
Tryckhållfasthet	2	3	1
E-modul, tryck	1	3	2
Böjhållfasthet	2	3	1
E-modul, böj	1	3	2
Slaghållfasthet	2	1	3
Spjälkhållfasthet, tvärs laminatet	3	3	2
Spjälkhållfasthet, i laminatets plan	3	3	2
Densitet	1	2	3
Utmattningsbeständighet	1	3	2
UV-tålighet	3	3	1
Motstånd mot brand	3	1	3
Värmeisolering	2	1	3
Elektrisk isolering	3	1	2
Temperaturutvidgning	2	3	2
Kostnad	3	1	1

 

 

Glasfiber

 

Glasfiber tillverkas genom att glas i smält form dras ut till långa fibrer.

Glasfiber är den i särklass vanligaste armeringsfibern för armerade plaster. Priset är lågt, användningsområdena många och fibern finns att tillgå i många olika former för kompositlaminering. Glasfiber kan utnyttjas med alla typer av lamineringshärdplaster men även termoplaster, efter att fibern har sizats (ytbehandlats) efter den plast den skall armera.

Pga armeringsplasterna tillåts väta och binda samman glasfibrerna väl tål glasfiberlaminat tryckbelastning i ungefär samma omfattning som dragbelastning.

Glasfibers densitet (kring 2,6 kg/dm³) är i förhållande till andra armeringsfibrer relativt hög.

 

Glasfiber finns i olika kvalitéer beroende på ingående beståndsdelar i ursprungsglaset, framställningssätt och användningsområde:

E-glas

E-glas är den i särklass vanligaste glasfiberkvalitén. Beteckningsbokstaven E kommer från början från att E-glasfibrer är elektriskt isolerande och utnyttjades för denna egenskap men det låga priset i förhållande till E-glasfiberns mekaniska prestanda gjorde att E-glasfibern, sedan man upptäckte att den var lämplig för att armera plaster med, snabbt blev spridd.

Dragstyrkan för rena E-glasfibrer (olaminerad) är relativt hög: kring 3400MPa, inte långt under billigare kolfiberkvalitéer. Men eftersom E-glas har en hög töjbarhet: ca 4,5% töjgräns vid brott blir E-modulen relativt låg: ca 75GPa.

 

Observera att glasfiberkompositlaminat ofta har hållfasthetsvärden långt under vad som kan tyckas möjligt om man enbart ser till E-glasfiberns egenskaper. Detta beror på att glasfiberlaminat i sin vanligaste form armeras med matta av korthuggen E-glas där fibrerna är slumpmässigt placerade i alla riktningar och fiberhalten är låg (kring 30%).

E-glasfibrer för laminering håller ofta lägre kvalité även i roving eller matta där fibrerna i teorin kan vara oändligt långa vilket innebär bla att varje enskild fiber är kortare än idealfallet. Detta medför att främst dragstyrkan och töjbarheten för dessa fibrer är lägre än för högkvalitativa E-glasfibrer. I praktiken är ofta dragstyrkan för dessa fibrer kring 2000MPa och töjgränsen kring 3,5%.

 

S-glas

S-glas är beteckningen på en glasfiberkvalité med bättre draghållfasthet än E-glas. Andra beteckningar på glasfiber med liknande egenskaper är R-glas och T-glas. Draghållfastheten, kring 4400MPa är i klass med kolfiber men E-modulen är nästan lika låg som för E-glasfibrer, kring 85GPa. Detta innebär att S-glas har hög töjbarhet: ca 5,5% töjgräns vid brott. Detta gör att S-glas är lämpligt som armering i kompositlaminat där man eftersträvar hög töjbarhet i kombination med hög hållfasthet.

Priset på S-glas, R-glas och T-glas är lika högt pris som för billigare kolfiberkvalitéer men tillgängligheten i mindre kvalitéer är sämre.

 

C-glas

C-glas är en glasfiberkvalité med extra hög resistens mot kemikalier och vatten. Fibern återfinns främst i ytmattor som utnyttjas för att ge laminat, oftast armerade med E-glas, ett bättre skydd mot kemikalier och fukt. Ytmattan lamineras då som yttersta skiktet mot laminatets utsida eller mot laminatets gelcoatlager.

 

Specialglasfiber

Det finns ett antal specialkvalitéer av glasfiber. Dessa är ofta framtagna för att uppfylla ett speciellt behov eller för att ge kompositlaminat bättre egenskaper än vad främst E-glas kan ge. Priset är generellt högt på dessa fibrer och tillgängligheten låg.

 

Exempel på olika specialglasfiber:

• Quartsglas – goda hållfasthetsegenskaper och mycket hög värmetålighet
• L-glas – används som strålskydd, hög blyhalt
• M-glas – konkurrerar med högmodulfibrer som kolfiber och aramidfiber
• D-glas – lägre densitet än E-glas men sämre hållfasthetsegenskaper

 

 

Kolfiber

Kolfiberväv 650gr/m² 2x2-twill, Toray T-300

 

Kolfiber kallas även kallat grafitfiber eller mindre korrekt carbon eller karbon från engelskans carbon fibre.

 

Karakteristik

Fiberkompositer armerade med kolfiber karakteriseras av mycket hög styvhet och hög hållfasthet.

Kolfiber väts och binds mycket bra av tex härdplasten epoxi vilket gör att fiberns draghållfasthetsegenskaper även kommer till sin rätta vid böj och tryck. Tryckhållfastheten och E-modulen vid tryck är generellt i samma nivå som draghållfastheten och E-modulen vid drag för ett epoxi-kolfiber-laminat förutsatt att laminatet inte utsätts för så hög temperatur att epoxin mjuknar (över laminatets HDT-värde).

Rätt utnyttjad är kolfiberarmerad epoxi, i förhållande till sin vikt, det styvaste och starkaste konstruktionsmaterialet som finns!

 

Kolfiber i laminat

Eftersom kolfiber har kort töjgräns, mellan 0,7% och 2,2%, beroende på kvalité är kolfiberkompositer generellt spröda. Fibermaterialet går av tvärt utan förvarning vilket gör det svårt för en oerfaren konstruktör att utnyttja kolfiberns maximala prestanda genom att minimera materialet och därmed vikten (och kostnaden). Konstruktören är istället ofta nödgad att överdimensionera vid framtagande av rena kolfiberkonstruktioner.

Kolfiber används ofta i kombination med glasfiber och aramid för att öka styvheten och styrkan i konstruktioner med lokala förstärkningar. På detta sätt kan kolfiber ge en lättare, styvare och starkare konstruktion utan omotiverad ökad kostnad.

Vid lokala förstärkningar är det oftast mest praktiskt att utnyttja längsriktat kolfiberband.

 

Galvaniska problem

Kolfiber är elektriskt ledande, och har en elektronegativitet som avviker från många metaller. Detta kan innebära att om ett kolfiberlaminat kommer i direkt kontakt med en metall som är mer oädel (tex aluminium eller stål) kan galvaniskt element uppstå där metallen oxiderar varvid laminatet riskerar släppa från metallen.

Den enklaste sättet att undvika problem av detta slag är att laminera på en elektriskt isolerande väv vanligtvis av E-glasfiber mellan kolfibern och metallen.

 

Kolfiber för utseendet

Kolfiberns optiska täthet och färg som skiftar mellan grafitgrå och svart i laminat med mattor laminerade med optiskt klara härdplaster (vanligtvis epoxi) ger ett karakteristiskt 3D-utseende. Utseendet anses exklusivt och symboliserar ”Hi-Tech” varför kolfiber under senare år i stor utsträckning har börjat utnyttjas mer för utseendet än för den mekaniska prestandan.

 

Kolfiberklassningar

Genom olika tillverkningsprocesser är det möjligt att styra kolfiberns hållfasthetsegenskaper.

Beroende på E-modulen (vid drag) för kolfibern sorteras den in under olika kvalitétsklasser. Dessa olika kolfiberkvalitéer har olika användningsområden beroende på om hög styrka, hög styvhet eller lågt prisförhållande är den viktigaste egenskapen för kompositlaminatet eller vid den lokala förstärkningen.

Priset på fibrerna är generellt stigande med högre E-modul.

 

 

Kvalitétsklassningarna för kolfiber:

Standard

Standard-kvalité är den vanligaste kolfiberkvalitén.

Denna oftast återfinns i ”finish-tillämpningar”, där man främst utnyttjar kolfibern för dess optiska täthet och det mönster den ger i laminat med optiskt klara matriser.

Därför finner man ofta kolfiber av standardkvalité i drapérbara vävar, ofta twillvävar vilket ger det karakteristiska kolfiberutseendet som bla utnyttjas i mer exklusiva motorcykeldetaljer och bilinredning.

 

HS – High Strength

Kolfiber som faller in under kvalitétsbeteckningen HS: High Strength - hög styrka har en  E-modul (drag) under 265GPa. Gränsen mellan kolfiber av HS-kvalité och standardkvalité flyter samman, men ibland klassas kolfiber med en draghållfasthet över 4000MPa som HS-kolfiber medan kolfiber med samma E-modul men lägre dragstyrka klassas som kolfiber av standardkvalité.

Men för att betona att även kolfiber av standardkvalité har en förhållandevis hög draghållfasthet jämfört med andra fibrer betecknas de trotts klassningsbestämningarna ofta som HS-kolfiber.

 

IM – Intermediate Modulus

Kvalitétsbeteckningen IM betyder Intermediate Modulus – mellanhög E-modul. Kolfiber med E-moduler (drag) mellan 265GPa och 320GPa faller in under denna klassning.

IM-kolfiber är en kompromiss mellan hög E-modul och förhållandevis lång sträckgräns (typiskt sträckgräns: 1,3-2,2%) vilket innebär att de starkaste kolfiberkvalitéerna betecknas med denna klassning, bla Torays kolfiberkvalité T1000G med en draghållfasthet för fibern på 6370GPa vilken är den starkaste kolfiberkvalitén som finns tillgänglig på marknaden.

Rovingrulle med Toray T1000G, IM-kolfiber (rovingstorlek: K12)

 

HM – High Modulus

Kolfiber som faller in under kvalitetsbeteckningen  HM: High Modulus – Hög E-modul har en E-modul (drag) mellan 320GPa och 440GPa. Dragstyrkan är ungefär den samma som för Standard- eller HS-kolfiber men med lägre sträckgräns (typisk sträckgräns: 0,7-1,4%) är E-modulen för fibern hög.

Kompositaminat armerade med HM-kolfiber blir styva men mycket spröda.

 

UHM – Ultra High Modulus

Kvalitetsbeteckningen UHM betyder Ultra High Modulus – extremt hög E-modul. Kolfiber med denna kvalitetsbeteckning har en E-modul (drag) för rena fibern på mer än 440GPa. Dragstyrkan är ungefär den samma som för HS-kolfiber men UHM-kolfiber har mycket kort sträckgräns vid brott: typisk sträckgräns är 0,7-1,0%.

Detta innebär att kompositlaminat armerade med UHM-fibrer är mycket styva men samtidigt mycket spröda.

UHM-kolfiber utnyttjas i specialtillämpningar där styvheten är av högsta betydelse men kompositkonstruktionen inte böjs eller sträcks i någon större omfattning.

 

Kolfiberjämförelse

Kolfibersammanställning - Typiska egenskaper för kolfiber inom olika kvalitetsklassningar

För fullständig sammanställning över kolfiberkvalitéer av olika fabrikat se sidan 95

Kvalitetsklass	Standard	HS	IM	HM	UHM
E-modul, drag	<265 GPa	<265 GPa	265–320 GPa	320–440 GPa	>440 GPa
Draghållfasthet (typisk)	3200-4000 MPa	4000–5000 MPa	3900–6400 MPa	2700-5200 MPa	3400-4900 MPa
Sträckgräns (typisk)	1,2-1,7%	1,6-2,1%	1,3-2,2%	0,7-1,4%	0,7-1,0%
Densitet	1,77 kg/dm3	1,80 kg/dm3	1,77 kg/dm3	1,77 kg/dm3	1,93 kg/dm3

 

 

Aramid

Aramidfiber är för många kända som Kevlarä. Kevlar är dock enbart handelsnamnet för aramidfibrer tillverkade av DuPont och det finns andra tillverkare av aramidfibrer med andra handelsnamn.

 

Karakteristik

Fibern känns lätt igen för sin gyllengula färg. Dess främsta positiva egenskap i kompositsammanhang är att den har hög rivstyrka och har hög energiupptagning vid slag. Detta gör att kompositlaminat armerade med aramidfibrer blir slag- och skärtåliga. Tjocka aramidlaminat utnyttjas för ballistiska ändamål, i bla skottsäkra paneler. I tunnare laminat eller som skyddsskikt i laminat med kolfiber eller glasfiber som huvudarmering utnyttjas kevlarfibrer för att hålla ihop laminat vid slag så att laminatet inte splittras även om de övriga fibrerna brister.

Aramidfibrer har även en hög hållfasthet jämfört med vikten, likvärdigt med många kolfiberkvalitéer. Men eftersom aramidfibrer har längre brottöjning än kolfiber är E-modulen vid drag lägre.

 

Problem

Armeringsplaster kan inte väta och binda aramidfibrer i lika stor utsträckning som glas- eller kolfiber varför tryck- och böjhållfastheten för aramidlaminat är relativt låg. Vid dessa belastningar håller väven fortfarande ihop men laminatet delaminerar och plasten släpper från aramidfibrerna.

Vid slipning av laminerad aramidväv skrapas matrisplasten bort medan aramidväven blir kvar vilket gör ett det är nödvändigt att antingen laminera på extra plast, spackel eller något lager med glasfiberväv vid slipning av laminat med aramidväv ytterst.

Aramidfiberns stora skärmotstånd gör även att verktyg slits snabbt både när aramidväven skall klippas eller skäras till innan laminering eller vid kapning av laminat med aramidfibrer i.

Aramidfibrer är känsliga för UV-ljus, de mekaniska egenskaperna försämras vid långvarig exponering utan skydd samtidigt som färgen mörknar.

 

Exempel på några aramidfibrer:

• Kevlarä 29
• Kevlarä 49
• Kevlarä 149
• Twaronä
• Technoraä

 

Kevlarä tillverkas av amerikanska DuPont, som också är uppfinnare av aramid (1965). För lamineringsändamål finns tre huvudkvalitéer: Kevlar 29, 49 och 149. Högre nummer innebär högre E-modul (drag) och högre pris. Kevlar 49 är den vanligaste i lamineringssammanhang. Denna aramid är en s.k. HM-kvalité, där HM står för High Modulus.

Kevlar färgas även i olika färger för att i kombinationsvävar med kolfiber bli mer dekorativa.

 

Kombinationsvävar: Kevlar / kolfiber (2x2-twillvävning 196gr/m²) ofärgad, blåfärgad och rödfärgad Kevlar

 

Twaronä och Technoraä är tillverkade av Japanska Teijin eller av deras underföretag och är olika varianter på aramidfibrer med olika molekylstruktur och olika egenskaper. Dessa finns i olika kvalitéer med olika mekaniska prestanda.

Technora finns tex i en kvalité som har färgats svart: Technora black. Detta för att aramidfibern inte lika snabbt skall brytas ner vid exponering av solljus (UV-strålning).

 

Teijinconexä är en annan fiber tillverkad av Teijin som faller in under gruppen aramidfibrer. Fiberns främsta egenskap är extrem värmetålighet (tål upp till 400°) men fibern har annars dåliga mekaniska egenskaper jämfört med andra aramidfibrer. De mekaniska egenskaperna är istället jämförbara med polyesterfiberns.

 

Aramidjämförelse

På samma sätt som med olika kolfiberkvalitéer så delas aramidfibrer upp i olika kvalitetsklasser beroende på E-modulen vid drag för fibern.

 

Kvalitetsklassningarna för aramidfibrer är:

·        LM – Low Modulus – Låg E-modul (drag), tex Kevlar 29

·        HM – High Modulus – Hög E-modul (drag) tex Kevlar 49

·        UHM – Ultra High Modulus – Extremt hög E-modul (drag) tex Kevlar 149

 

Aramidjämförelse – olika kvalitetsklasser för aramidfibrer

Kvalitetsklass	LM	HM	UHM
E-modul, drag (typisk)	40 GPa	120 GPa	180 GPa
Draghållfasthet (typisk)	3600 MPa	3100 Mpa	3400 MPa
Sträckgräns (typisk)	8,8%	2,6%	1,9%
Densitet	1,45 kg/dm3	1,45 kg/dm3	1,47 kg/dm3

 

Som armeringsfiber vid kompositlaminering är de vanligaste förekommande aramidfibrerna av HM-kvalité.

 

 

Termoplastfibrer

Termoplastfibrer avser armeringsfibrer baserade på termoplaster. Dessa återfinns förutom i kompositsammanhang ofta i linor och band.

 

Karakteristik

Fibrer baserade på termoplaster, lämpliga för kompositlaminering är sega och har lång brottöjning. Vid armering av härdplaster används därför dessa fibrer för att ge ett slagtåligt segt laminat. Termoplastvävar kan även vävas mycket jämna och täta vilket tillsammans med fibrernas kemikalietålighet gör att de även utnyttjas till s.k. ytmattor, ytterst i laminat eller närmst laminatets gelcoatlager för att öka kemikalietåligheten och minimera risken för att fiberstrukturen syns igenom gelcoaten.

 

Exempel på termoplastbaserade fibrer som utnyttjas vid laminering:

• Polyester / Teryleneä
• Nylon (polyamid)

 

Både nylon och polyester är mycket vanliga som fibermaterial i linor. Fibrerna är flexibla och brottstyrkan hög samt priset förhållandevis lågt vilket gör dem lämpliga för detta ändamål.

Polyester är dessutom mycket UV-tålig i förhållande till de flesta andra termoplastfibrer.

Brottöjningen för polyesterfibrer är ca 10% medan nylon sträcks ända upp till 30% innan brott.

Terylene är handelsnamnet för en vanligt förekommande polyesterfiber för kompositlaminering, främst i vävar.

 

 

Problem

Termoplastvävar är relativt svåra att väta vid laminering och det är viktigt att fibrerna är sizade för den plast som de skall lamineras med, dvs att de är ytbehandlade för att plasten bättre skall kunna tränga in i fibrerna och binda dessa samman.

Av denna anledning är det tex omöjligt att utnyttja segelmaterial som är baserat på polyesterfibrer (Dacronä), eller nylonväv (spinackerväv) som armeringsväv i fiberkompositlaminat. Dessa vävar är behandlade för att de inte skall suga upp vatten eller fukt vilket vanligtvis även betyder att de inte tillåts vätas av lamineringsplast (polyester, vinylester eller epoxi).

Då ett laminat armerat med polyester- eller nylonfibrer slipas stannar fibern kvar medan plasten slipas bort på samma sätt som vid slipning av ett aramidlaminat.

 

 

 

Dyneema

Dyneema är en termoplastbaserad fiber som även saluförs under varumärkesnamnet Spectra.

Detta fibermaterial har under senare år till stor del tagit över aramidfibrernas platts som material för högprestandalinor som är extra starka med låg töjning. Dyneema är mindre känsligt mot UV-ljus och fukt än aramid samt linor av Dyneema tål skarpa böjar tex i knutar eller över block.

Hos linor av Dyneemafibrer är iprincip den enda nackdelen mot aramidfibern att Dyneemafibrer sträcks om de belastas under lång tid.

 

Dyneemavävar, 150gr/m² (ovan) och 80gr/m² (under)

 

Karakteristik

Dyneemafibrer är ett av de starkaste fibermaterialen på jorden jämfört med den låga densiteten (strax under 1kg/dm³). Med en töjning på ca 3% vid brott är även E-modulen vid drag hög. Fibern är dessutom mycket svår att skära av och är en bra energiupptagare vid slag vilket gör att Dyneemafibrer används till ballistiska ändamål som skottsäkra västar.

 

Problem

Det låter som om Dyneema borde vara den perfekta fibern som armeringsfiber i kompositlaminat, men det är den inte! Dyneemafibrer är nämligen mycket svåra att väta och därmed har lamineringsplasten svårt att binda fibrerna i fiberkompositer. Detta innebär att ett kompositlaminat baserat på Dyneemavävar lätt delaminerar vid spjälkande belastning och att laminatets böjhållfasthet och tryckhållfasthet blir låg.

 

Naturfibrer

I vissa sammanhang utnyttjas naturfibrer som armering av härdplaster, det handlar då om lågprestandalaminat där kraven på hållfastheten är låga. Ofta används istället naturfibrer som förtjockningsmedel eller fyllmedel för plasten vid limning, spackling och ljutning.

 

Exempel på naturfibrer som utnyttjas i härdplastkompositer är:

• Bomull
• Cellulosa
• Lin
• Hampa

 

Specialfibrer

Det förekommer olika specialfibrer för armering av härdplaster. Dessa är ofta framtagna för att uppfylla ett speciellt behov, men priset är oftast mycket högt varför användningen är starkt begränsad.

 

Bor- och kiselkarbamidfibrer

Dessa specialfibrer har jämförbara mekaniska egenskaper med kolfiber men kan kombineras med metaller utan risk för att galvaniskt element uppstår. De har även hög värmetålighet. Priset är dock mycket högt. Den främsta användningen är inom rymdindustrin.

 

Keramiska fibrer

Det finns flera olika typer av keramiska fibrer. Dessa används främst för att öka värmetåligheten i kompositlaminat där detta krävs. Även dessa används främst inom rymdindustrin.

 

Val av armeringsfiber

Eftersom armeringsfibrerna till största del bestämmer de mekaniske egenskaperna för en fiberkompositkonstruktion är valet centralt om specifika mekaniska egenskaper krävs av konstruktionen.

Ofta är dock kraven inte så specifika och möjlighet finns att överdimensionera. I dessa fall är ofta det självklara valet av armeringsfiber vanlig glasfiber (E-glas), ofta i form av korthuggen matta laminerad med polyester. Detta ger ett mångsidigt, billigt laminat som går snabbt att ta fram och inte kräver några specialkunskaper.

Dessa fibrer är även ofta det självklara valet vid de reparationer som kan komma till fråga av båtskrov och liknande.

 

Även när kraven på mekaniska egenskaper är mer specifika är valet av armeringsfibrer ofta E-glas, men då i form av matta eller längsriktade fibrer, kanske laminerade med härdplaster som ger bättre mekanisk prestanda som epoxi eller vinylester. Viktigt är dock att fibrerna är sizade för den plast som de lamineras med.

Det är dessutom ofta bättre att anpassa konstruktionens utformning än att välja dyrare fibrer med bättre prestanda, tex välja att konstruera med sandwichlaminat istället för enkellaminat för att öka konstruktionens styvhet.

 

Vid fiberkompositkonstruktioner där antingen kraven på låg vikt eller hög styvhet är höga eller speciella mekaniska egenskaper på vissa platser i konstruktionen krävs så kan glasfibern antingen förstärkas med främst kolfiber eller fiberkompositkonstruktionen helt baseras på kolfiber.

I de flesta fall handlar det då enbart om billigare standardkolfiber eller kolfiber av HS-kvalité då priset för kolfiberkvalitéer med högre E-modul är avsevärt högre och tillgängligheten i små volymer är låg.

Endast vid konstruktioner där minimal vikt eller maximal styvhet krävs väljer privatpersoner eller mindre industrier att armera med styvare kolfiberkvalitéer.

 

Då krav på hög slagtålighet hos fiberkompositkonstruktionen finns kan glasfibern och eventuell kolfiber kompletteras med aramidfibrer, då ofta matta baserad på Kevlar 49-fibrer.

Alternativet att överdimensionera konstruktionen med mer glasfiberlaminat, anpassa formen eller välja mer flexibla polyesterfibrer i kombination med en sandwichkonstruktion kan dock ge ett billigare laminat med minst lika hög slaghållfasthet.

 

Oavsett vilka armeringsfibrer som är optimala i konstruktionen så är privatpersoner som endast tar fram mindre konstruktioner och utför mindre lagningar ofta nödgade att anpassa sig efter vad som finns tillgängligt i mindre volymer. Armeringsfibrer är visserligen avsevärt enklare att transportera eller skicka via post än harts men ofta blir kostnaderna inklusive tillskärningsavgifter och frakt omotiverat höga vid distansköp. Vissa armeringsfibrer som specialvarianter av glasfiber, aramid och kolfiber omsätter dessutom för små volymer i Sverige för att finnas tillgänglig i mindre volymer på den svenska marknaden, utan måste i dessa fall beställas från utlandet till högre kostnader. I och med Internets spridning är detta dock numera relativt enkelt varvid möjligheterna att ta fram mindre specialanpassade fiberkompositkonstruktioner för privatpersoner och mindre industrier har ökat avsevärt.

 

 

Kommentar till prisjämförelsen:

Priserna skiljer kraftigt mellan olika inköpskällor, speciellt på ovanligare armeringsfibrer. Generellt är priset högt hos inköpskällor som enbart saluför små kvantiteter för privatpersoner och priset är lägre hos inköpskällor som saluför större kvantiteter för näringsidkare.

Vissa fibrer är ovanliga (tex S-glas, UMH-aramid, HM-kolfiber och Dyneema) och säljs med undantag enbart i stora kvantiteter (minst 10-100m²)

I stora kvantiteter (hela rullar eller förpackningar, minst 10-100 m²) är priset ungefär hälften av de angivna cirkapriserna.

 

 

TILL STARTSIDAN!