Jaką rolę pełni w materiałach kompozytowych zbrojenie.

Kompozytami są tworzywa złożone co najmniej dwóch komponentów, z których każdy ma do spełnienia inną rolę. Łączenie w kompozycie materiałów o różnych własnościach umożliwia wykorzystanie ich właściwości w wyższym stopniu niż gdyby były wykorzystane oddzielnie nadając kompozytowi nowe właściwości. Obecne kompozyty są zbrojone różnymi rodzajami włókien, lecz tylko nieliczne z nich znalazły zastosowanie w konstrukcjach lotniczych i kosmicznych wymagających materiałów o szczególnie wysokich własnościach mechanicznych przy małej gęstości. Włókna zbrojeniowe charakteryzują się wzrostem wytrzymałości wraz ze zmniejszaniem ich średnicy. Wysoką wytrzymałość wykazują włókna o średnicy mniejszej niż 15 u-m. Bardzo szerokie zastosowanie znalazły włókna szklane, o przeciętnych własnościach, natomiast w najbardziej odpowiedzialnych elementach kompozytowych samolotów czy urządzeń kosmicznych stosowane są aktualnie włókna węglowe, aramidowe lub borowe.
Właściwości mechniczne i fizyczne ważniejszych włókien stosowanych do zbrojenia kompozytów przedstawia tabela poniżej:

Najbardziej rozpowszechnionym tworzywem do zbrojenia kompozytu jest włókno szklane. Obecnie istnieje wiele rodzajów szkła do produkcji włókien, np. szkła oznaczane literami A, C, S i E, ale tylko szkło E, zawierające około 15% (cięż.) tlenku aluminium i 20% (cięż.) tlenku wapnia, znalazło szerokie zastosowanie w przemyśle lotniczym i kosmicznym.
Włókna szklane wytwarzane są przez topienie szklanych kulek w wannach zaopatrzonych w system otworków o średnicy 0,5-f3 mm, przez które wypływa stopiona masa i wyciągane są włókna, lub przez dozowanie stopionej masy szklanej do specjalnie podgrzewanych łódek platynowych, z których włókna są wyciągane. We wszystkich metodach masa szklana po stopieniu przetrzymywana jest w stałej temperaturze celem jej ujednorodnienia i osiągnięcia określonego stopnia lepkości. W zależności od lepkości stopionego szkła włókna mogą miec średnicę l-e- 25 (im)(przeciętnie ok. 10 (im). W trakcie procesu produkcji włókna pokrywane są tzw. preparacją, tj. substancją chemiczną, zabezpieczającą włókno przed wilgocią i ułatwiającą dalsze jego przetwarzanie na odpowiednie wyroby. Włókno szklane jest stosowane w postaci rovingu, tj. pasm włókien połączonych ze sobą bez skrętu i pokrytych preparacją, oraz wykorzystywane jest również w postaci tkanin o różnym splocie, rovingu ciętego, włó?kien mielonych, mat wykonywanych z rovingu ciętego połączonego lepiszczem itd. Cechą charakterystyczną włókien szklanych jest wysoka wytrzymałością na rozciąganie przy stosunkowo niskim module Younga (mała sztywność), natomiast wysokim module sprężystości przy ścinaniu. Poza tym cechuje je dobra odporność chemiczna i termiczna, wysoka oporność elektryczna, niski współczynnik rozszerzalności cieplnej i niska cena.
Innym rodzajem włókien są włókna węglowe uzyskiwane z włókien organicznych przez zwęglanie. Znane one były już od wielu lat, ale wykazywały bardzo niskie własności wytrzymałościowe. Prowadzone prace badawcze doprowadziły do opracowania technologii, dzięki którym włókna węglowe zajmują dziś czołowe miejsce wśród włókien stosowanych jako zbrojenie w kompozytach o osnowie zarówno polimerowej, jak i metalicznej. Pierwsze włókna węglowe wytwarzano przez tzw. karbonizację włókien nitrocelulozowych. Obecnie materiałem wyjściowym są rozmaite włókna organiczne, jak np. lignina czy sztuczny jedwab, ale najlepsze własności wykazują włókna węglowe wyprodukowane z wysokiej jakości włókien poliakry-lonitrylowych (PAN), znanych w kraju pod nazwą ?anilany". Bardzo ważną cechą włókien zbrojeniowych jest ich przyczepność do osnowy. Włókna węglowe wykazują bardzo słabą zdolność do wiązania się z osnową polimerową, ponieważ są źle zwilżalne przez żywice. W celu polepszenia tej cechy, przed zalaniem żywicą powierzchnię włókna poddaje się utlenianiu. Jeśli po utlenieniu powierzchni włókno ma być przechowywane przez pewien czas, należy pokryć je odpowiednią preparacją zabezpieczającą jego powierzchnię przed pochłanianiem wilgoci, a także zmniejszającą podatność włókna na pękanie w czasie wytwarzania kompozytu lub w czasie pracy. Wysoka wytrzymałość włókna węglowego na rozciąganie, a także jego wysoki moduł Younga związane są ze stopem zorientowania struktury włókna w stosunku do jego osi, a także z gęstością wiązań poprzecznych. Włókna węglowe cechują sie małą gęstością, wysoką wytrzymałość na rozciąganie i wysoki moduł Younga, wysoką wytrzymałość zmęczeniową oraz wytrzymałość na pełzanie, dobrze tłumią drgania i są bardzo odporne na ścieranie, mają również dużą stabilność wymiarową, małą przewodność cieplną w niskich temperaturach, są odporne na nagłe zmiany temperatury, na działanie wielu ośrodków chemicznych, charakteryzują się dobrą przewodnością elektryczną itd. Kompozyty zbrojone włóknem węglowym znajdują szerokie zastosowanie w budowie samolotów i śmigłowców, na odpowiedzialne części, np. elementy kadłuba, pokrycia skrzydła, lotki, klapy, stery, łopaty wirnika, osłony przyrządów, elementy tapicerki i in.
Innymi rodzajami włókien organicznych są włókna aramidowe. Zbudowane są z łańcuchów cząsteczek poliamidów aromatycznych, od czego pochodzi ich nazwa. Do wytwarzania tych włókien najczęściej stosowany jest obecnie polimer o nazwie parafenylenotetraftalamid (PPTA), uzyskiwany przez polimeryzację kondensacyjną, rozpuszczalny w kwasie solnym.
Roztwór o wyglądzie krystalicznej cieczy jest przepuszczany przez specjalne dysze, przy czym następuje zmiana chaotycznej orientacji strukturalnej cieczy w jednorodną strukturę włókna o wysokim stopniu zorientowania łańcuchów w kierunku równoległym do osi włókna. Potem włókna wprowadzane są do kąpieli chłodzącej, gdzie następuje ich krzepnięcie. Po zneutralizowaniu i wypłukaniu resztek kwasu solnego włókna są suszone, przy czym zmniejszają swą objętość prawie o połowę. Stosunkowo wysoka wytrzymałość na rozciąganie i mała gęstość oraz odporność na działanie temperatury do ok. 300C przy innych zadowalających własnościach mechanicznych i fizycznych, wysuwa włókna aramidowe na czołową pozycję wśród zbrojeń kompozytów o osnowie polimerowej. Włókna aramidowe pod nazwą handlową Kevlar produkowane są w szerokim asortymencie przez koncern Du Ponta. Kevlar oznaczany jest symbolem Ht, a także numerami 29, 49 (najbardziej rozpowszechniony) i 149. Włókna te charakteryzują się również dobrym tłumieniem drgań, wysoką udarnością, dobrą odpornością chemiczną, ale niską wytrzymałością zmęczeniową