Vahvistuskuidut

Vahvistuskuidut ovat kuitumaisia lisäaineita, joita käytetään parantamaan materiaalien mekaanisia ominaisuuksia kuten lujuutta, jäykkyyttä ja kulutuskestävyyttä. Ne voidaan upottaa erilaisiin matriiseihin, kuten polymeerikomposiitteihin, metalliin tai keraameihin, ja ne voivat olla sekä jatkuvia (pitkiä) että lyhyitä (discontinuous) kuituja. Vahvistuskuidut antavat materiaalille suunnastakohtaisia ominaisuuksia, jolloin ominaisuudet ovat usein anisotropisia riippuen kuidun suunnasta.

Materiaalit ja tyypit. Yleisimmät vahvistuskuidut ovat lasi-, hiili- (hiilikuitu), aramidikuitu sekä basaltikuitu. Näiden lisäksi käytetään teräspohjaisia kuituja sekä luonnonkuituja kuten pellavaa tai jutea. Jotkut kuidut on suunniteltu erityisesti tuki- tai iskunkestävyyden parantamiseen, kun taas toiset tarjoavat erinomaisen lujuuden ja keveyden yhdistelmän. Jokin kuitu voi esiintyä sekä jatkuvana langana että lyhyisinä, epäjatkuvina paloina käytetyssä vahvistuksessa. Liima- tai matriisikerrokset sekä kuidun pinnan käsittely (esim. sizing tai pintakäsittely) vaikuttavat liitoksen kestävyyteen matriisin kanssa.

Ominaisuudet ja käsittely. Vahvistuskuiduilla on korkea lujuusmatriisiin nähden, korkea taipuma-kestokyky ja usein alhainen tiheys, mikä parantaa kokonaispainosuhdetta. Kuidun ja matriisin välinen adheesio on tärkeä tekijä suorituskyvyn kannalta. Suurena haasteena ovat kosteuden vaikutus luonnonkuiduilla ja muille kuin kuitujen omat ympäristöominaisuudet sekä kierrätettävyys.

Käyttökohteet. Vahvistuskuituja käytetään laajalti komposiitteissa, rakennus- ja ilmailuteollisuudessa, auto- ja teräsrakenteissa sekä urheiluvälineissä. Esimerkkejä ovat hiilikuitukomposiitit lentokoneissa ja autoissa sekä lasikuitukomposiitit rakennus- ja tuulivoima-apuissa. Natri- ja muoviympäristöissä kuitujen valinta perustuu tarvittavaan lujuuteen, jäykkyyteen, kustannuksiin ja ympäristötekijöihin.