Matrisekompositter

Matrisekompositter är material som består av en matris eller bindningsfas tillsammans med en förstärkning (vanligen fibrer, partiklar eller whiskers). Den sammansatta strukturen gör att egenskaper som högre styrka, styvhet och lägre vikt kan uppnås jämfört med rena material. Genom att variera matris, förstärkning och deras orientering kan man optimera prestanda för specifika miljöer och användningsfall.

De vanligaste matrismaterialen är polymerer, metaller och keramer. Polymer matrix composites (PMCs) används ofta i flyg- och fordonsindustri, medan metal matrix composites (MMCs) behåller goda mekaniska egenskaper vid högre temperaturer. Ceramic matrix composites (CMCs) klarar mycket höga temperaturer och slitstarka applikationer. Förstärkningen består ofta av kolfiber, glasfiber eller keramiska partiklar, vilket ger styrka i en eller flera riktningar och ökar resistens mot mekanisk skada.

Tillverkning av matrisekompositter sker genom olika processer beroende på materialklass, såsom laminering och lageruppbyggnad, formpressning, resin transfer molding (RTM), filamentvindning eller pultrusion. En kritisk faktor är gränssnittet mellan matris och förstärkning; dålig bindning eller porositet påverkar lastöverföring, spröd sprickbildning och delaminering, särskilt vid stötbelastningar eller temperaturväxlingar.

Fördelar inkluderar hög styrka och styvhet per vikt, god korrosions- och kemikaliebeständighet (särskilt PMCs), samt möjlighet att skräddarsy mekaniska och termiska egenskaper genom laminering och orientering av förstärkningen. Begränsningar innefattar kostnader, komplex tillverkning, begränsad återvinningsbarhet och känslighet för fukt samt temperaturberoende av gränssnittet och matrisen. Materialets anisotropa natur kräver noggrann design av orientering och lagerföljd.

Används inom flyg-, rymd-, bil-, vindkrafts- och sportutrustning; inom byggindustri för förstärkningar; forskning fokuserar på förbättrad gränssnittsbindning, kostnadseffektiv produktion, nya matrismaterial och återvinning. Standarder och testmetoder för att bedöma styrka, stelhet, sprödhet och termiska egenskaper finns i internationella standarder och industriprotokoll.