Komposiittimateriaali

Komposiittimateriaali on materiaali, joka koostuu kahdesta tai useammasta faasista, jotka on yhdistetty parantamaan ominaisuuksia. Tavallisesti kyseessä on matriisi ja vahvistus. Matriisi voi olla polymeeri, metalli tai keraaminen aine; vahvistus on yleensä kuituja, hiukkasia tai kalvomainen kerros. Vahvistus kantaa suurimman osan kuormasta ja parantaa lujuutta, jäykkyyttä sekä kulutuskestävyyttä, kun taas matriisi vaikuttaa käsiteltävyyteen, liitosominaisuuksiin ja ympäristöresistenssiin. Ominaisuudet voidaan räätälöidä valitsemalla erilaisia matriiseja ja vahvistuksia.

Yleisimmät ryhmät ovat kuituvahvistetut polymeerikomposiitit (FRP), metallikomposiitit (MMC) ja keraamiset vahvistetut komposiitit (CMC). FRP-tyypeissä vahvistuksena käytetään lasi- tai hiilikuitua, mikä antaa keveyden ohuin lujuuden suhteen sekä hyvän iskunkestävyyden. MMC:t käyttävät metallimatriisia ja vahvistuksena hiukkasia tai kuituja, mikä parantaa lämpötilankestävyyttä ja kulutuskestävyyttä. CMC:t taas hyödyntävät keraamisia vahvistusosia ja tarjoavat erinomaisen kestävyyden korkeissa lämpötiloissa sekä kulutuskestävyydessä. Rajapinnat ja valmistusmenetelmät määrittävät lopullisen suorituskyvyn.

Edut ovat korkea erityislujuus ja jäykkyys, keveys, sekä kyky räätälöidä ominaisuuksia suunnittelun mukaan. Puutteina ovat tyypillisesti korkeat valmistus- ja materiaalikustannukset, haastavat kierrätysratkaisut sekä anisotropia, jolloin ominaisuudet riippuvat suunnasta.

Käyttökohteita ovat ilmailu, auto- ja urheiluvälineet, tuulivoimalat, rakennus- ja öljy- sekä kemianteollisuus. Valmistusmenetelmät sisältävät laminaatiot, ruiskuvalun ja resin transfer moldingin sekä erilaiset liima- ja kerrostusmenetelmät, ja kehitetään kierrätettävyys- sekä elinkaariratkaisuja.