Kuitulujitetut komposiitit (FRC) koostuvat kahdesta tai useammasta komponentista: matriisista ja lujitteesta. Matriisi on yleensä polymeeri, metalli tai keramiikka, joka sitoo lujitteen yhteen ja suojaa sitä ympäristövaurioilta. Lujite on tyypillisesti kuitu — hiili, lasi tai aramidi — joka antaa komposiitille sen lujuuden ja jäykkyyden.
FRC:iden valmistus jakautuu neljään päävaiheeseen: kuitujen valmisteluun, matriisin valmisteluun, kuitujen kyllästykseen ja komposiitin tiivistykseen.
Kuitujen valmistelu
Tämä vaihe sisältää komposiitissa käytettävän kuitutyypin, -muodon ja -suuntauksen valinnan. Kuitutyyppi muokkaa komposiitin mekaanisia ja lämpöominaisuuksia — vetolujuutta, moduulia, lämpölaajenemiskerrointa. Kuitumuoto voi olla jatkuva tai epäjatkuva, riippuen komposiitin halutusta muodosta ja koosta. Kuitusuuntaus voi olla yksisuuntainen, kaksisuuntainen tai monisuuntainen kuormitusolosuhteista ja suunnitteluvaatimuksista riippuen.
Matriisin valmistelu
Tämä vaihe sisältää komposiitissa käytettävän matriisityypin ja -muodon valinnan. Matriisityyppi vaikuttaa kemiallisiin ja fysikaalisiin ominaisuuksiin — korroosionkestävyyteen, tiheyteen, sulamispisteeseen. Matriisimuoto voi olla nestemäinen tai kiinteä prosessointimenetelmästä ja kovettumisolosuhteista riippuen. Nestemäiset matriisit ovat yleensä kertamuovipolymeerejä, jotka vaativat lämpöä tai kemiallisia aineita kovettuakseen; kiinteät matriisit ovat yleensä kestomuovipolymeerejä tai metalleja, jotka vaativat lämpöä ja painetta sulaakseen ja virratakseen.
Kuitujen kyllästys
Tämä vaihe yhdistää kuidut ja matriisin esimuotiksi tai prepregiksi. Esimuotti on puolivalmis tuote, jolla on lopullisen komposiitin muoto ja mitat mutta jota ei vielä ole kovetettu tai tiivistetty. Prepreg on esikyllästetty kuitu, joka on osittain kovetettu tai stabiloitu ja voidaan varastoida myöhempää käyttöä varten. Kuitujen kyllästysmenetelmiä matriiseilla ovat käsinlaminointi, ruiskulaminointi, kuidunkierto, pultruusio, hartsin siirtomuovaus, tyhjiöinfuusio, autoklaavimuovaus, puristusmuovaus, ruiskuvalu ja leimamuovaus.
Komposiitin tiivistys
Tämä viimeinen vaihe kohdistaa lämpöä ja painetta esimuottiin tai prepregiin, kovettaen ja sitoen kuidut ja matriisin umpinaiseksi komposiitiksi. Kovettuminen sisältää kemiallisia reaktioita, jotka ristisitovat matriisin molekyylit jäykäksi verkostoksi; sitominen sisältää fysikaalisia vuorovaikutuksia, jotka kiinnittävät kuidut ja matriisin toisiinsa. Tämä tiivistysprosessi muokkaa komposiitin laatua ja suorituskykyä — huokospitoisuutta, hartsin jakautumista, kuitutilavuusosuutta, rajapintalujuutta ja jäännösjännitystä.