voimaa muovit - Kemia-lehti

Kestävät komposiititKomposiittimateriaaleissa matriisieli sidos pitää yhdessä vahvemmastamateriaalista valmistettuja kuitusäikeitä.Sitomisen lisäksi muovinenmatriisi suojaa kuituja paineen aiheuttamiltavahingoilta. Matriisisovelluksissasuosittuja ovat vahvat lämpökovettuvatmuovit.Markkinoita hallitsee edullisen hintansaansiosta epoksihartsi, mutta mahdollisiaovat myös syanaattiesteri- japolyimidihartsit, toisinaan jopa lämpömuovautuvatmuovit.Erikoistapauksissa matriisissa voidaankäyttää keraamisia materiaaleja,hiiltä ja metalleja. Keraamisia materiaalejakäytetään esimerkiksi avaruusrakettienkomponenteissa, joille on olennaistalämmönkestävyys.Lentokoneiden vahvisteet koostuvatpääasiassa hiilikuiduista, jotka tekevätmateriaaleista erittäin vahvoja. AirbusinA380:ssa on myös kvartsi- ja lasivahvisteita.Airbusin viimeisimmän konemallinmatkustamot tehdään lasikuiduista jafenolihartseista. Materiaalin valinnassaon ajateltu savuntorjuntaa mahdollisentulipalon varalta.A380:n nokka on tehty kvartsikuidullavahvistetuista muoveista. Toinenerinomainen vahvistusmateriaali on aramidi,jota käytetään myös luodinkestävissäliiveissä ja kypäröissä.Lentokoneiden lattiapäällysteet vahvistetaanaramidilla, jotta ne kestäisivätterävien korkojen kovaa painetta neliösenttiäkohden. Lisävahvistusta saadaanmuovista, alumiinista tai paperista valmistetuistakennoista eli kerroskomposiiteista,jotka kestävät erityisen hyvintaivutusta.Ominaisuudetkäyttötarkoituksen mukaanValitsemalla huolellisesti vahviste- jamatriisimateriaalit insinöörit kykenevättuottamaan ominaisuuksia, jotka vastaavattarkasti tiettyä rakennetta tai käyttötarkoitusta.Kuitujen suunta esimerkiksimäärää, minkäsuuntaista painettamateriaali kestää. Lentokoneen siivetsaadaan näin joustamaan vain haluttuunsuuntaan.Komposiitit ovat muuttaneet myöskoneiden tuotantotapaa. Ennen niidenkäyttöönottoa koneet rakennettiinvalmistamalla ensin teräsvahvisteinenalumiinirunko. Sivu- ja yläkaaret niitattiinyhteen, minkä jälkeen päällekiinnitettiin niiteillä isoja, ohuita alumiinilevyjä.Sitten porattiin osiin reiät käsin tai la-Helicombin työntekijätSoua Yang (vas.) jaErika Ceniceros lisäävätesi-impregnaattia komposiittimuottiin,jossasyntyy kiinteitä siivenetureunan kermejäBoeing C-17:ään.serohjatuilla koneilla, minkä jälkeen kuhunkinreikään asetettiin kiinnike osienyhdistämiseksi. Kun runko-osat olivat valmiita,ne kiinnitettiin yhteen ja täytettiineristeillä, johdoilla ja ikkunoilla.Komposiitit merkitsivät hyvästejä meluisalleja likaiselle tuotannolle.”Osat tehdään puhdastilassa, jonkalämpötila ja ilmankosteus ovat vakaat, mikäestää pölyn pääsyn lopputuotteeseen”,kertoo insinööri Hannes Schlosser itävaltalaisestaFACC:stä, joka valmistaa komposiittirakenteitasekä Boeingille että Airbusille.Valmiit osat tarkastetaan tasaisenlaadun varmistamiseksi ultraäänellä.Komposiitti tehdään asettamalla liotettujakuitukerroksia muotteihin eli valusydämiin.Niihin sumutetaan tai pumpataansidosainetta, yleensä nestemäistä hartsia,ennen kuin kappaleet asetetaan tyhjiösäiliöihin.Muottia kuumennetaan 1,5–2,5tuntia 120–180 celsiusasteessa isoissa uuneissa,autoklaaveissa, joissa on 2–10 baarinpaine.Prosessin aikana hartsitkovettuvat muotoon, jotaei voi sulattaa uudelleen,ja paine takaa, että kuidutjäävät tiiviisti niidensisään. Kovettumisprosessissahartsi muuttuumuoviksi molekyyliketjujenyhdistyessä jäykäksi,kolmiulotteiseksirakenteeksi.Sidosteprosessissamuodostuu molekyyli,jonka molekyylipaino onsuurempi, ja materiaali,jonka sulamispiste onkorkeampi. Tärkeimpiäkatalysaattoreita epoksihartsienkovettumisprosesseissaovat aromaattisetamiinit.Muovit ovat korvanneetmyös eräät koneenosat yhteen liittävistä niiteistä.Paksumpien, paksureunaistenkerroskomposiittienvälisen tilan täyttämiseen käytetääntiheyksiltään erilaisia epoksihartseja,jotka kovetetaan vakaan liitoksen aikaansaamiseksi.Tulevaisuuson muovikoneidenKomposiitit alkoivat ilmestyä lentokoneisiin1970-luvulla, ja niiden osuus koneidenrakenteissa on sen jälkeen kasvanuttasaisesti. Kun Airbusin vuoden 1972koneissa komposiitteja oli 4,5 prosenttia,vuonna 1991 osuus oli 10 ja vuonna 2005jo 25.Seuraavassa mallissaan, joka on tulossamarkkinoille vuonna 2012, yhtiö arvioikäyttävänsä 53 prosenttia komposiittimateriaaleja.Airbusin A380:ä on tilattu lähes 200 jaBoeingin Dreamlineria yli 700 kappaletta,mutta muovikoneiden aikakaudelle tämäon vasta alkua.Kemia-Kemi Vol. 35 (2008) 7 39