Армированные волокном композиты (FRC) состоят из двух или более компонентов: матрицы и армирования. Матрица — обычно полимер, металл или керамика — скрепляет армирование и защищает его от повреждений средой. Армирование — как правило, волокно (углеродное, стеклянное или арамидное), придающее композиту прочность и жёсткость.
Производство FRC делится на четыре основных этапа: подготовка волокна, подготовка матрицы, пропитка волокна и консолидация композита.
Подготовка волокна
Этот этап включает выбор типа, формы и ориентации волокна, используемого в композите. Тип волокна определяет механические и тепловые свойства композита — прочность на растяжение, модуль, коэффициент теплового расширения. Форма волокна может быть непрерывной или дискретной в зависимости от нужной формы и размера композита. Ориентация волокна может быть однонаправленной, двунаправленной или многонаправленной в зависимости от условий нагружения и проектных требований.
Подготовка матрицы
Этот этап включает выбор типа и формы матрицы, используемой в композите. Тип матрицы влияет на химические и физические свойства — коррозионную стойкость, плотность, температуру плавления. Форма матрицы может быть жидкой или твёрдой в зависимости от метода обработки и условий отверждения. Жидкие матрицы — обычно термореактивные полимеры, требующие тепла или химических агентов для отверждения и затвердевания; твёрдые матрицы — обычно термопластичные полимеры или металлы, требующие тепла и давления для плавления и течения.
Пропитка волокна
На этом этапе волокна и матрица объединяются в преформу или препрег. Преформа — полуфабрикат с формой и размерами готового композита, но ещё не отверждённый и не уплотнённый. Препрег — предварительно пропитанное волокно, частично отверждённое или стабилизированное и пригодное для хранения. Методы пропитки волокон матрицами включают ручную выкладку, напыление, намотку нити, пултрузию, литьё смолы под давлением, вакуумную инфузию, автоклавное формование, прессовое формование, литьё под давлением и штамповку.
Консолидация композита
На этом заключительном этапе к преформе или препрегу применяют тепло и давление, отверждая и связывая волокна и матрицу в монолитный композит. Отверждение включает химические реакции, сшивающие молекулы матрицы в жёсткую сеть; связывание включает физические взаимодействия, скрепляющие волокна и матрицу. Этот процесс консолидации определяет качество и характеристики композита — содержание пустот, распределение смолы, объёмную долю волокна, прочность границы раздела и остаточные напряжения.