Kompozyty zbrojone włóknem (FRC) składają się z dwóch lub więcej składników: matrycy i zbrojenia. Matryca to zwykle polimer, metal lub ceramika, która wiąże zbrojenie i chroni je przed uszkodzeniami środowiskowymi. Zbrojenie to zwykle włókno — węglowe, szklane lub aramidowe — nadające kompozytowi wytrzymałość i sztywność.
Produkcja FRC dzieli się na cztery główne etapy: przygotowanie włókna, przygotowanie matrycy, impregnację włókna i konsolidację kompozytu.
Przygotowanie włókna
Ten etap obejmuje wybór rodzaju, formy i ułożenia włókna użytego w kompozycie. Rodzaj włókna kształtuje właściwości mechaniczne i termiczne kompozytu — wytrzymałość na rozciąganie, moduł sprężystości, współczynnik rozszerzalności cieplnej. Forma włókna może być ciągła lub nieciągła, zależnie od pożądanego kształtu i rozmiaru kompozytu. Ułożenie włókna może być jednokierunkowe, dwukierunkowe lub wielokierunkowe, zależnie od warunków obciążenia i wymagań projektowych.
Przygotowanie matrycy
Ten etap obejmuje wybór rodzaju i formy matrycy użytej w kompozycie. Rodzaj matrycy wpływa na właściwości chemiczne i fizyczne — odporność na korozję, gęstość, temperaturę topnienia. Forma matrycy może być ciekła lub stała, zależnie od metody przetwarzania i warunków utwardzania. Matryce ciekłe to zwykle polimery termoutwardzalne wymagające ciepła lub czynników chemicznych do utwardzenia; matryce stałe to zwykle polimery termoplastyczne lub metale wymagające ciepła i ciśnienia do stopienia i płynięcia.
Impregnacja włókna
Ten etap łączy włókna i matrycę w półwyrób lub prepreg. Półwyrób to produkt półgotowy o kształcie i wymiarach końcowego kompozytu, ale jeszcze nieutwardzony ani niescalony. Prepreg to włókno wstępnie zaimpregnowane, częściowo utwardzone lub ustabilizowane, które można przechowywać do późniejszego użycia. Metody impregnacji włókien matrycami obejmują laminowanie ręczne, laminowanie natryskowe, nawijanie włókna, pultruzję, wtrysk żywicy (RTM), infuzję próżniową, formowanie w autoklawie, prasowanie, wtrysk i tłoczenie.
Konsolidacja kompozytu
Ten ostatni etap stosuje ciepło i ciśnienie do półwyrobu lub prepregu, utwardzając i łącząc włókna z matrycą w lity kompozyt. Utwardzanie obejmuje reakcje chemiczne sieciujące cząsteczki matrycy w sztywną sieć; łączenie obejmuje oddziaływania fizyczne sklejające włókna z matrycą. Ten proces konsolidacji kształtuje jakość i parametry kompozytu — zawartość pustek, rozkład żywicy, udział objętościowy włókna, wytrzymałość na granicy faz i naprężenia szczątkowe.