Kuitukomposiitit

Kuitukomposiitit ovat materiaaliryhmä, jossa vahvistus koostuu kuiduista ja matriisina toimiva aine on esimerkiksi polymeeri, keramiikka tai metalli. Yleisimmät kuidut ovat lasikuitu (GFRP), hiilikuitu (CFRP) ja aramidikuitu. Matriisin tehtävänä on siirtää kuormaa, suojata kuidut ja pitää ne yhdessä sekä välittää kuormia kuidun ja ympäristön välillä.

Kuitukomposiitit ovat tyypillisesti laminaareja tai koostuvat jatkuvista kuiduista, ja niiden ominaisuudet ovat huomattavan anisotropisia. Ne valmistetaan monin tavoin, kuten lay-up -menetelmällä, muottiin saumaamalla (resin transfer molding), kuidun käämimisellä (filament winding) sekä pultruusion tai puristusmenetelmien avulla. Termoplastiset ja termosettiset matriisit sekä eriasteiset kuituvahvisteet mahdollistavat erilaisia suorituskykyprofiileja ja käyttökohteita.

Kuitukomposiitit tarjoavat korkean ominaislujuuden ja jäykkyyden, hyvän väsymis- ja korroosionkestävyyden sekä muotoiluvapautta. Ne voivat olla erittäin lämpötilankestoisia ja kemikaaleja sietäviä riippuen matriisista. Haasteita ovat korkea hinta, valmistus- ja korjausvaatimukset sekä elinkaaren loppuvaiheen kierrätys- ja jäteongelmat. Kosteus voi vaikuttaa joissakin polymeerimatriiseissa kuidun ja matriisin rajapintaan.

Sovelluksiltaan kuitukomposiitit ovat keskeisiä ilmailussa ja avaruudessa, autoissa ja kevyissä komponenttiosissa, tuulivoiman rakenteissa sekä rakennus- ja urheiluvälineissä. Suunnittelussa huomioidaan materiaalin anisotropia, lämpötilavaihtelut ja rajapinnan kestävyys. Tutkimus painottuu entistä kierrätettävien ja kestävämpien matriisien sekä helpommin kierrätettävien kuitukomposiittien kehittämiseen.