Komposiitmaterjal

Kihiline ehk komposiitmaterjal (inglise keelest composite, 'liidetud') on kahest või enamast kihist (koostisosast) koosnev liitmaterjal.

Kihtide omadused ja orientatsioon on selgelt erinevad ja planeeritavad. Komposiitmaterjal on heterogeenne, selle omadused (korrosiooni- ja kuumusekindlus, magnetilised omadused, jäikus, tugevus, niiskusekindlus jne) on ette antud.

Tavaliselt on üks faasidest kõva ja tugev ning teine plastne ja elastne. Kõva faasi nimetatakse armatuuriks ja plastset maatriksiks.

Koostisosad ehk faasid

Armatuur

Armatuur annab komposiitmaterjalile tugevuse ja jäikuse ning tagab mehaaniliste omaduste säilimise tööolukorras: kõrgel või madalal temperatuuril, agressiivses keskkonnas jne. Armatuur võib olla kiuline, kudumina või pulbriline. Kiuline armatuurs võib olla ka riie (tehiskiust kudumid), vilt, lint jms. Kiudarmatuuril on nii häid kui ka halbu omadusi. Eelis on suurem tugevus ja võimalus luua tugevaid komposiitmaterjale. Puudus on aga see, et kiudarmatuur võib kanda ainult teljesuunalist koormust. Ristsuunas kiudarmatuur tugevust ei suurenda, vaid võib isegi nõrgendada.

Maatriks

Komposiitmaterjali põhiosa on reeglina maatriks, mis koos armatuuriga (milleks on sagedamini kiud) võtab vastu koormuse. Maatriks annab materjalile vormi ja monoliitsuse ning tagab koormuse ümberjaotumise armatuuri elementide (kiudude) vahel. Kui kiud purunevad, deformeerub maatriks plastselt. Siit järeldub, et maatriksi deformeeritavus peab olema sama suur või suurem kui kiudude deformeeritavus.

Komposiitmaterjali maatriksina kasutatakse:

metalle (alumiiniumi, magneesiumi, niklit, titaani jt) ja nende sulameid
polümeersetest materjalidest termoreaktiive (epoksü-, polüester- ja fenoolvaike)
keraamilistest materjalidest oksüüd- (Al₂O₃, MgO, ZrO₂) ja mitteoksüüdkeraamikat (boriide TiB₂, ZrB₂, nitriide Si₃N₄, AlN, BN, silitsiide MoSi₂ jt).

Plastkomposiitmaterjalid

Pikemalt artiklis Plastkomposiitmaterjalid

Plastkomposiitmaterjalid on materjalid, mis koosnevad polümeersest maatriksist (põhimaterjalist) ja tugevdavast komponendist kiulisel või pulbrilisel kujul. Käesoleval ajal valmistab tööstus erinevaid plastkomposiite (klaasplaste, metalloplaste jt) ja teeb neist konstruktsioonidetaile: raketikeresid, naftatsisterne, lennukipropellereid, lennukeid, torusid, spordiriistu, elektroonika mikroskeemide korpuseid, soomuspaneele jm. Tulenevalt klaaskiu väikesest jäikusest on raskelt koormatud konstruktsioonide juures kasutusele võetud boor- ja süsinikkiudarmatuur. See on võimaldanud valmistada piisavalt jäiku plastkomposiite, mis eritugevuse ja väsimuskindluse poolest ületavad mitteferriidseid metalle.

Plastkomposiidid on eriti efektiivsed tingimustes, kus oluline on minimaalne mass, korrosioonikindlus, orgaaniliste lahustite, õli- ja happekindlus. Armeeritud plastid on head elektri- ja soojusisolaatorid, need on vibratsioonikindlad ja mittemagnetilised. Nende peamine puudus on suhteliselt madal termopüsivus (tavaliselt temperatuurini 300 °C) ja ultraviolettkiirguse kartlikkus. Suur armatuur- ja maatriksmaterjalide valik, koos võimalusega laias vahemikus reguleerida armatuuri mahulist sisaldust komposiidis ning võimalus anda keerukaid sfäärilisi kujusid, annavad plastkomposiitidele väga mitmekesiseid omadusi ja avaraid kasutusvõimalusi.

Plastkomposiitide põhirühmad, lähtudes armatuurist, on järgmised:

klaasplastid
süsinikplastid
boorplastid
metalloplastid
organoplastid

Kirjandus

Mari Malmstein. Keskkonnasõbralike komposiitmaterjalide kasutusvõimalused väikelaevaehituses ning vee mõju nende tugevusomadustele. Keskkonnatehnika 2/2011. Lk 28–31 [1] (vaadatud 1.08.2012)