Materiaalit ja prosessit:

Komposiittimateriaalien nykyaikainen käyttö valmistuksessa ei ole uutta, vaan se ulottuu useiden vuosikymmenten ajalta aina 1960-luvun alkupuolelle saakka. Ja jo sitä ennen kuitujen ja nestemäisen matriisin yhdistelmää on käytetty monissa eri sovelluksissa, aina hyväksi havaitusta kuivatusta mudasta ja oljesta (adobe-tiilet) Ford Motor Co:n kehittämään konseptiautoon. (Detroit, Mich., U.S.A.) vuonna 1941, jossa oli luonnonkuituvahvisteisista komposiiteista valmistettuja koripaneeleita.

Tästä huolimatta verrattuna perinteisiin materiaaleihin, kuten teräkseen, alumiiniin, rautaan ja titaaniin, komposiitit ovat vasta tulossa täysi-ikäisiksi, ja suunnittelu- ja valmistustekniikan insinöörit ymmärtävät niitä vasta nyt paremmin. Lisäksi komposiitteja haittaa niiden ei-isotrooppinen luonne, mikä tekee niistä vaikeasti mallinnettavia ja simuloitavia. Komposiittien fysikaaliset ominaisuudet – yhdistettynä lyömättömän kevyeen painoon – tekevät niistä kuitenkin kiistatta houkuttelevia.

Komposiitteja aloitteleville on onneksi toivoa, ja se piilee siinä, että näitä materiaaleja on helppo ymmärtää ja soveltaa. Seuraavassa esitellään komposiittien valmistuksessa tyypillisesti käytettäviä kuituja ja hartseja.

Voittavat ominaisuudet

Suuri lujuus ja pieni paino ovat edelleen voittava yhdistelmä, joka vie komposiittimateriaalit uusille areenoille, mutta muut ominaisuudet ovat yhtä tärkeitä. Komposiittimateriaalit tarjoavat hyvän tärinänvaimennuksen ja alhaisen lämpölaajenemiskertoimen (CTE), ominaisuudet, jotka voidaan suunnitella erikoissovelluksia varten. Komposiitit kestävät väsymystä ja tarjoavat suunnittelun ja valmistuksen joustavuutta, joka voi vähentää merkittävästi tiettyihin sovelluksiin tarvittavien osien määrää – mikä johtaa lopputuotteeseen, joka vaatii vähemmän raaka-aineita, vähemmän liitoksia ja kiinnikkeitä sekä lyhyempää kokoonpanoaikaa. Komposiitit kestävät todistetusti myös äärimmäisiä lämpötiloja, korroosiota ja kulumista erityisesti teollisuudessa, jossa nämä ominaisuudet vähentävät huomattavasti tuotteen elinkaarikustannuksia. Nämä ominaisuudet ovat johtaneet komposiittien laajaan käyttöön. Esimerkiksi pyrkimys polttoainetalouteen ja tehokkuuteen on tehnyt keventämisestä ensisijaisen tavoitteen lähes kaikissa mekaanisissa kulkuvälineissä polkupyöristä suuriin liikennelentokoneisiin.

Since The Boeing Co.’s (Chicago, Ill., U.S.) 787 Dreamliner – jonka painosta 50 % on komposiittia ja jonka aerodynaamiset pinnat ovat 100-prosenttisesti komposiittia – tuli tuotantoon ja teki joulukuussa 2009 menestyksekkäästi ensilentonsa, komposiitit ovat ansainneet tiensä ensisijaisiin ja toissijaisiin lentokonerakenteisiin, ja ne ovat löytäneet entistä suuremman paikan lentokoneiden sisätiloissa ilmailu- ja avaruusmaailmassa. Sittemmin 787:n rinnalle on sittemmin noussut maailman valokeilaan myös muita komposiittipainotteisia lentokoneita, muun muassa sen kaupallisten liikennelentokoneiden kilpailijalta Airbusilta (Toulouse, Ranska). Ensimmäinen 52-prosenttisesti komposiitista valmistettu Airbus A350 XWB toimitettiin vuoden 2015 kynnyksellä. Airbus on aiemmin käyttänyt komposiitteja myös A380-superjumbomatkustajakoneessaan ja A400M-sotilaskuljetuskoneessaan. Nämä neljä ohjelmaa ovat tämänhetkinen täyttymys kauan odotetulle muutokselle, joka on vallannut myös yleisilmailun lentokonemarkkinat ja joka on ollut pitkään osa sotilaslentokoneiden valmistusta. Lentokoneet, joita on saatavilla yhä erilaisempina materiaalimuodoissa ja joita voidaan valmistaa laajalla valikoimalla muovaus- ja muotoiluprosesseja, ovat nousseet tai ovat nousemassa valokeilaan valmistusareenoilla kaikkialla maailmassa.

Erittäin erilainen materiaali

Komposiitit eroavat perinteisistä materiaaleista siinä, että komposiittiosat koostuvat kahdesta selvästi erilaisesta komponentista – kuiduista ja matriisimateriaalista (useimmiten polymeerihartsista) – jotka yhdistettyinä pysyvät erillisinä, mutta toimivat vuorovaikutteisesti muodostaen uudenlaisen materiaalin, jonka ominaisuuksia ei voida ennustaa yksinkertaisesti laskemalla yhteen komponenttien ominaisuudet. Itse asiassa yksi kuidun ja hartsin yhdistelmän suurimmista eduista on sen täydentävä luonne. Esimerkiksi ohuilla lasikuiduilla on suhteellisen suuri vetolujuus, mutta ne ovat alttiita vaurioille. Sitä vastoin useimmat polymeerihartsit ovat vetolujuudeltaan heikkoja, mutta erittäin sitkeitä ja muovattavia. Yhdistettynä kuitu ja hartsi kuitenkin kukin kumoavat toistensa heikkoudet, jolloin syntyy materiaali, joka on paljon käyttökelpoisempi kuin kumpikaan sen yksittäisistä komponenteista.

Komposiittimateriaaleissa rakenneominaisuudet johtuvat ensisijaisesti kuituvahvisteesta. Suurten markkinoiden kaupalliset komposiitit, kuten autojen osat, veneet, kulutustavarat ja korroosionkestävät teollisuusosat, valmistetaan usein epäjatkuvista, satunnaisesti suuntautuneista lasikuiduista tai jatkuvista, mutta suuntautumattomista kuitumuodoista. Kehittyneet komposiitit, jotka on alun perin kehitetty sotilasilmailu- ja ilmailumarkkinoita varten, ovat suorituskyvyltään parempia kuin perinteiset rakennemetallit, ja niitä käytetään nykyään viestintäsatelliiteissa, lentokoneissa, urheiluvälineissä, liikenteessä, raskaassa teollisuudessa ja energiasektorilla öljyn- ja kaasunetsinnässä sekä tuuliturbiinien rakentamisessa.

Suuritehoiset komposiitit saavat rakenteelliset ominaisuutensa jatkuvasta, suuntautuneesta, lujatekoisesta kuituvahvikkeesta – tavallisimmin hiili-, aramidi- tai lasikuituvahvikkeesta – matriisissa, joka edistää prosessoitavuutta ja parantaa mekaanisia ominaisuuksia, kuten jäykkyyttä ja kemikaalien kestävyyttä.

Kuitujen suuntautumista voidaan kontrolloida, mikä voi parantaa suorituskykyä missä tahansa sovelluksessa. Esimerkiksi golfmailan komposiittivartaissa eri kulmissa orientoidut boori- ja hiilikuidut komposiittivarren sisällä mahdollistavat sen, että se voi parhaiten hyödyntää niiden lujuus- ja jäykkyysominaisuuksia ja kestää vääntömomenttikuormituksia ja moninkertaisia taivutus-, puristus- ja vetovoimia.

Matriisi voi olla polymeerinen, keraaminen tai metallinen. Kaupallisissa ja korkean suorituskyvyn ilmailu- ja avaruussovelluksissa komposiiteissa yleisimmin käytetyt polymeerimatriisit ovat lämpökovetteisia hartseja, jotka koostuvat polymeeriketjuista, jotka kovettuvat pysyvästi ristisilloittuneeksi verkostoksi, kun ne sekoitetaan katalyytin kanssa, altistetaan lämmölle tai molemmille. Kovettuminen tapahtuu yleensä kohotetussa lämpötilassa ja/tai paineessa uunissa ja/tai tyhjiöpussissa tai autoklaavissa. Vaihtoehtoisia, mutta vähemmän käytettyjä kovetustekniikoita ovat elektronisuihku-, ultraviolettisäteily- (UV), röntgen- ja mikroaaltoprosessit.

Toinen yleisimmin käytetyin matriisityyppi on kestomuovihartsi (TP-hartsi, thermoplastic, TP- hartsi), joka on osoittautumassa yhä suositummaksi vaihtoehdoksi komposiittien valmistajille. Termoplastiset lineaariset polymeeriketjut muodostuvat ja ne voidaan muotoilla uudelleen muotoisiksi kiinteiksi kappaleiksi sulattamalla tai pehmentämällä ja sitten jäähdyttämällä materiaali. Lämpömuoveja myydään usein levyinä tai paneeleina, ja niitä voidaan käsitellä paikan päällä tapahtuvilla lujitustekniikoilla, kuten yksinkertaisella puristusmuovauksella, jolloin voidaan valmistaa sitkeitä, lähes verkon muotoisia osia ilman kestomuovien edellyttämää autoklaavi- tai tyhjiöpussikovetusta. TP:n muokattavuus tarjoaa mahdollisuuden korjata poikkeavuuksia tai korjata käytönaikaisia vaurioita.

Lasikuidut

Valtaosa kaikista komposiittiteollisuudessa käytetyistä kuiduista on lasikuituja. Lasikuidut ovat vanhin ja yleisin lujite, jota käytetään useimmissa loppumarkkinoiden sovelluksissa (ilmailu- ja avaruusteollisuus on merkittävä poikkeus) korvaamaan raskaampia metalliosia. Lasikuitu painaa enemmän kuin toiseksi yleisin lujite, hiilikuitu, eikä se ole yhtä jäykkää, mutta se on iskunkestävämpää ja sillä on suurempi murtovenymä (eli se venyy enemmän ennen murtumistaan). Lasityypistä, filamentin halkaisijasta, pinnoituskemiasta (jota kutsutaan ”limitykseksi”) ja kuitumuodosta riippuen voidaan saavuttaa monenlaisia ominaisuuksia ja suorituskykyjä.

Lasikuitufilamentit toimitetaan nipuina, joita kutsutaan säikeiksi. Säie on kokoelma jatkuvia lasifilamentteja. Kuitusiimillä tarkoitetaan yleensä nippua kiertämättömiä säikeitä, jotka on pakattu lankojen tapaan suurelle kelalle. Yksisäikeinen roving koostuu säikeistä, jotka koostuvat jatkuvista, useista lasifilamenteista, jotka kulkevat säikeen pituussuunnassa. Monisäikeinen roving sisältää pitkiä, mutta ei täysin yhtenäisiä säikeitä, joita lisätään tai pudotetaan porrastetusti kelausprosessin aikana. Lanka on kokoelma säikeitä, jotka on kierretty yhteen.

Suorituskykyiset kuidut

Suorituskykyisiä kuituja, joita käytetään kehittyneissä komposiiteissa, ovat mm. hiilikuitu, aramidikuitu (tunnetaan kauppanimillä Kevlar ja Twaron), boorikuitu, korkeamoduluksinen polyeteeni (PE), uudemmat kuidut, kuten poly- p-fenyleeni-2,6-bentsobisoksazoli (PBO), sekä hybridejä yhdistelmiä. Kevlar on DuPont Protection Technologiesin (Richmond, VA, Yhdysvallat) tuote. Twaron-kuituja valmistaa Teijin (Arnhem, Alankomaat).

Hiilikuitua – joka on ylivoimaisesti laajimmin käytetyin kuitu suuritehoisissa sovelluksissa – valmistetaan useista eri esiasteista, mukaan lukien polyakrylonitriilistä (PAN), viskoosista (rayonista) ja pikeistä. Prekursorikuituja käsitellään kemiallisesti, kuumennetaan ja venytetään, minkä jälkeen ne hiiltyvät, jolloin syntyy lujia kuituja. Markkinoiden ensimmäiset erittäin suorituskykyiset hiilikuidut valmistettiin viskoosin esiasteesta. Nykyään PAN- ja piki-pohjaiset kuidut ovat useimmissa sovelluksissa korvanneet viskoosipohjaiset kuidut. PAN-pohjaiset hiilikuidut ovat monipuolisimpia ja laajimmin käytettyjä. Ne tarjoavat hämmästyttävän laajan valikoiman ominaisuuksia, kuten erinomaisen lujuuden – jopa 1 000 ksi – ja suuren jäykkyyden. Petroli- tai kivihiilitervapikeistä valmistetuilla pikirouhekuiduilla on suuri tai erittäin suuri jäykkyys ja alhainen tai negatiivinen aksiaalinen lämpölaajenemiskerroin (CTE). Niiden CTE-ominaisuudet ovat erityisen hyödyllisiä avaruusalusten sovelluksissa, jotka edellyttävät lämmönhallintaa, kuten elektronisten instrumenttien koteloissa. Hiilikuidun ominaisuudet kannustavat etsimään vaihtoehtoisia ja halvempia lähtöaineita, kuten sellu- ja paperijätteestä saatavaa ligniiniä. Vaikka tutkimustoiminta on saamassa vauhtia, tällaisten edullisten kuitumateriaalien on oltava vielä kaukana, ennen kuin niistä tulee käyttökelpoisia kaupallisia lujitevaihtoehtoja.

Vaikka ne ovat vahvempia kuin lasi- tai aramidikuidut, hiilikuidut eivät ainoastaan ole vähemmän iskunkestäviä, vaan ne voivat myös aiheuttaa galvaanista korroosiota kosketuksissa metallin kanssa. Valmistajat ratkaisevat jälkimmäisen ongelman käyttämällä laminaatin kerrostamisen aikana sulkumateriaalia tai verhouskerrosta – usein lasikuitu/epoksi –

Suuren suorituskyvyn omaavien hiilikuitukuitujen peruskuitumuoto on jatkuvien kuitujen niput, joita kutsutaan riveiksi. Hiilikuituhihna koostuu tuhansista jatkuvista, kiertymättömistä filamenteista, ja filamenttien lukumäärä merkitään numerolla, jota seuraa ”K”, joka tarkoittaa kertomista 1000:lla (esim. 12K tarkoittaa 12 000 filamentin lukumäärää). Lankoja voidaan käyttää suoraan esim. filamenttien kelauksessa tai pultruusiossa, tai ne voidaan muuntaa yksisuuntaisiksi nauhoiksi, kankaiksi ja muiksi lujitemuodoiksi.

Aramidikuidut, jotka on muodostettu aromaattisesta polyamidista, tuottavat poikkeuksellisen hyvän iskunkestävyyden ja hyvän venyvyyden (korkeampi kuin hiili, mutta pienempi kuin lasi). Normaalin, korkean suorituskyvyn aramidikuidun moduuli on noin 20 Msi, vetolujuus noin 500 ksi ja venymä lähes 3 %. Aramidikuitu on tunnettu suorituskyvystään luodinkestävissä liiveissä ja muissa panssari- ja ballistisissa sovelluksissa, ja sen kysyntä on kasvanut osittain siksi, että lainvalvonta- ja sotilasmarkkinoilla tarvitaan henkilöstösuojausta ja panssarointia. Aramidin ominaisuudet tekevät kuidusta myös erinomaisen valinnan helikopterin roottorin lapoihin, merialusten runkoihin ja urheiluvälineisiin, joissa halutaan iskunkestävyyttä.

Boronikuitu on viisi kertaa vahvempi ja kaksi kertaa jäykempi kuin teräs. Boori antaa lujuutta, jäykkyyttä ja kevyttä painoa, ja sillä on erinomaiset puristusominaisuudet ja nurjahduskestävyys. Boorikomposiittien käyttökohteet vaihtelevat urheiluvälineistä, kuten onkivavoista, golfmailojen varsista, suksista ja polkupyörän rungoista, ilmailu- ja avaruusalan sovelluksiin, jotka ovat niinkin erilaisia kuin lentokoneiden ohjainlaipion nahat, runkopalkit ja tehdasvalmisteiset lentokoneiden korjauslaastarit.

Korkean suorituskyvyn omaavien kuitujen korkeat kustannukset voivat olla este niiden valinnalle, jos valmistajat laiminlyövät sen tarkastelemisen, miten korkeat kustannukset kompensoituvat suorituskyvyn lisääntymisellä, kestävyydellä ja suunnittelun vapaudella, joita nämä materiaalit tuovat projektiin, ja siitä johtuvilla positiivisilla vaikutuksilla, joita näillä eduilla on tärkeimpiin mitattaviin mittareihin, eli käyttöiän aikana saataviin kustannuksiin. Tämä pätee erityisesti hiilikuituun, jonka valintaa on historiallisesti vaikeuttanut hiilikuidun tarjonnan ja kysynnän huomattavat vaihtelut.

Termokovetteiset hartsit

Komposiiteissa yleisimmin käytetyt polymeerit ovat termokovetteja, muovihartsien luokka, jotka kovettuessaan lämpökäsittelyllä ja/tai kemiallisella (katalysaattorilla tai promoottorilla) tai muulla tavalla muuttuvat olennaisesti sulaviksi ja liukenemattomiksi. Kovettumisen jälkeen kestomuovia ei voida palauttaa kovettumattomaan tilaansa. Vaikka lähes kaikki nykyisin kaupallisessa käytössä olevat kestomuovit ovat peräisin raakaöljystä, tutkimus- ja kehitystyö ja kaupallistaminen on käynnissä kasvavalla biohartsien alalla. Biohartsit on kehitetty ensisijaisesti pyrittäessä käyttämään uusiutuvia maatalouden raaka-aineita, ja ne sisältävät vaihtelevassa suhteessa polyolia (soijapavuista) ja etanolia (maissista).

Tyydyttymättömät polyesterihartsit ovat kaupallisissa massatuotantosovelluksissa yleisimmin käytettyjä kestomuovihartseja helppokäyttöisyytensä, hyvien mekaanisten, sähköisten ja kemiallisten ominaisuuksiensa tasapainon ja suhteellisen alhaisten kustannustensa ansiosta. (Tyydyttyneet polyesterit ovat kestomuovipolymeerejä.) Tyypillisesti yhdistettynä lasikuituvahvikkeisiin polyesterit soveltuvat hyvin erilaisiin valmistusprosesseihin, ja niitä käytetään yleisimmin avoimen muotin ruiskupuristuksessa, puristusvalussa, hartsinsiirtovalussa (RTM) ja valussa. Polyesteriformulaatioiden ominaisuuksia voidaan muuttaa vastaamaan tiettyjä suorituskykyvaatimuksia glykoli- ja happoelementtien sekä reaktiivisten monomeerien (tavallisimmin styreenin) valinnan perusteella. Styreeniä lisätään jopa 50 % viskositeetin alentamiseksi, jolloin hartsi on helpompi käsitellä ja prosessoida.

Vinyyliesterihartsit tarjoavat sillan edullisempien, nopeakovettuvien ja helposti työstettävissä olevien polyestereiden ja korkeampien suorituskykyisten epoksihartsien (kuvattu jäljempänä) välillä. Niiden molekyylirakenne on hyvin samankaltainen kuin polyesterien, mutta niissä on reaktiivisia kohtia vain molekyyliketjujen päissä ja vähemmän esteriryhmiä. Koska esteriryhmät ovat alttiita hydrolyysille, niiden vähäisempi määrä lisää vinyyliesterien kestävyyttä vettä ja kemiallisesti syövyttäviä ympäristöjä vastaan, mikä osaltaan selittää niiden korkeamman hinnan. Vinyyliestereitä suositaan kemikaalisäiliöissä ja muissa sovelluksissa, joissa korroosionkestävyys on keskeinen tavoite, ja ne tuovat lisäarvoa myös rakennelaminaateissa, jotka vaativat korkeaa kosteudenkestävyyttä (kuten veneiden rungot ja kannet). Niitä käsitellään ja kovetetaan samalla tavalla kuin polyestereitä, ja ne voivat tarjota paremman sitkeyden, vaikka tämä edellyttää yleensä korkeampaa lämpötilaa jälkikovettumisen jälkeen.

Kehittyneissä komposiittimatriiseissa yleisimpiä kestokovetteja ovat epoksit, fenolit, syanaattiesterit (CE:t), bismaleimidit (BMI:t), bentsoksatsiinit ja polyimidit.

Epoksihartsit tuovat lujuutta, kestävyyttä ja kemiallista kestävyyttä komposiittiin. Ne ovat erittäin suorituskykyisiä korkeissa lämpötiloissa, ja niiden kuuma/märkä käyttölämpötila voi olla jopa 121 °C. Epoksia on nestemäisessä, kiinteässä ja puolikiinteässä muodossa, ja ne kovettuvat yleensä reagoimalla amiinien tai anhydridien kanssa. Epoksia ei koveteta katalysaattorin avulla, kuten polyesterihartseja, vaan sen sijaan käytetään kovetinta (jota kutsutaan myös kovetusaineeksi). Kovetin (osa B) ja perushartsi (osa A) reagoivat yhdessä ”additioreaktiossa” kiinteän suhteen mukaisesti. Näin ollen on ratkaisevan tärkeää käyttää oikeaa hartsin ja kovettimen sekoitussuhdetta täydellisen reaktion varmistamiseksi. Muuten hartsi ei kovetu täysin eikä saavuta kaikkia ominaisuuksiaan. Karkaistu epoksi – johon on lisätty kestomuoveja ja reaktiivisia kumiyhdisteitä korkean ristisilloittumisasteen aiheuttaman haurastumisen torjumiseksi – on tullut tavanomaiseksi korkeaprosenttisissa komposiittilentokoneiden rungoissa, kuten Boeing Co:n 787 Dreamlinerissa ja Airbus A350 XWB:ssä.

Fenoliset hartsit perustuvat aromaattisen alkoholin ja aldehydin, kuten fenolin, yhdistelmään, joka on yhdistetty formaldehydiin. Niitä käytetään liekinkestävissä lentokoneiden sisäpaneeleissa ja kaupallisilla markkinoilla, joilla tarvitaan edullisia, liekinkestäviä ja vähäsavuisia tuotteita. Erinomainen hiilen tuotto ja ablatiiviset (lämpöä absorboivat) ominaisuudet ovat tehneet fenoleista pitkäaikaisia suosikkeja ablatiivisissa ja rakettisuuttimien sovelluksissa. Ne ovat osoittautuneet menestyksekkäiksi myös muissa kuin ilmailu- ja avaruussovelluksissa, erityisesti offshore-öljy- ja -kaasualustojen komponenteissa sekä joukkoliikenne- ja elektroniikkasovelluksissa. Fenolit polymerisoituvat kuitenkin kondensaatioreaktion avulla, jolloin kovettumisen aikana vapautuu vesihöyryä ja formaldehydiä. Tämä ilmiö voi aiheuttaa komposiittiin huokosia. Tämän seurauksena fenolien mekaaniset ominaisuudet ovat jonkin verran heikommat kuin epoksilla ja useimmilla muilla korkean suorituskyvyn hartseilla.

Syanaattiesterit (CE) ovat monikäyttöisiä matriiseja, jotka tuottavat erinomaista lujuutta ja sitkeyttä, sallivat hyvin vähäisen kosteuden imeytymisen ja niillä on ylivoimaiset sähkötekniset ominaisuudet muihin polymeerimatriiseihin nähden, vaikkakin näillä hyödyillä on korkeampi hinta. CE-muovien käyttölämpötila on kuumana/märkänä jopa 149 °C, ja ne on yleensä kovetettu kestomuoveilla tai pallomaisilla kumihiukkasilla. Ne käsitellään samalla tavalla kuin epoksit, mutta niiden kovettumisprosessi on yksinkertaisempi CE:n viskositeettiprofiilin ja nimellisten haihtuvien aineiden ansiosta. Nykyiset käyttökohteet vaihtelevat radomeista, antenneista, ohjuksista ja ablatiiveista mikroelektroniikkaan ja mikroaaltotuotteisiin.

Exoottisempiin hartseihin kuuluvat bismaleimidit ja polyimidit (kemiallisesti läheiset sukulaiset), joita käytetään lentokoneiden ja ohjusten korkeissa lämpötiloissa (esim. suihkumoottoreiden konehuoneen osissa). BMI:n käyttölämpötilat ovat kuumia/märkiä (232 °C:een asti), kun taas joitakin polyimidejä voidaan käyttää lyhytaikaisesti 371 °C:een asti. Kovettumisen aikana vapautuvat haihtuvat aineet ja kosteus tekevät polyimidien työstämisestä vaikeampaa kuin epoksien tai CE:iden; on kehitetty erityisiä muotoilu- ja käsittelytekniikoita, joilla voidaan vähentää tai poistaa tyhjät tilat ja delaminaatio. Sekä BMI:llä että polyimideillä on perinteisesti ollut korkeampi kosteuden imeytyminen ja alhaisemmat sitkeysarvot kuin CE:llä ja epoksilla, mutta viime vuosina on edistytty merkittävästi kovempien formulaatioiden luomisessa, ja BMI:n mainostetaan nyt kestävän paremmin nesteiden tunkeutumista kuin epoksien. BMI:n käytön lisääntyminen johtuu paitsi työkaluista ja sovelluksista, joissa käyttölämpötilat ylittävät 177 °C, myös komposiittien lisääntyvästä käytöstä rakenteissa, joissa tarvitaan parempaa kuumaa/märkää ja avoimen reiän puristuskestävyyttä (OHC) kohtalaisissa lämpötiloissa, esim. 80-120 °C:ssa. Tästä syystä komposiittia käytetään suurelta osin F-35 Lightning II -hävittäjäkoneessa, joka mahdollistaa vaurioita sietävät rakenteet pienemmällä massalla kuin epoksi.

Termoplastiset hartsit

Vastoin kuin ristisilloittuvat kestomuovit, joiden kovettumisreaktiota ei voida peruuttaa, kestomuovit kovettuvat jäähtyessään, mutta säilyttävät plastisuutensa; eli ne sulavat uudelleen ja ne voidaan muotoilla uudelleen lämmittämällä ne uudelleen käsittelylämpötilansa yläpuolelle. Halvemmat kestomuovimatriisit tarjoavat alhaisempia käsittelylämpötiloja, mutta niiden käyttölämpötilat ovat myös rajalliset. Ne ovat peräisin sekä teknisesti valmistetuista että perusmuoveista, kuten polyeteenistä (PE), polyeteenitereftalaatista (PET), polybuteenitereftalaatista (PBT), polykarbonaatista (PC), akryylinitriilibutadieenistyreenistä (ABS), polyamidista (PA tai nylon) ja polypropeenista (PP). Suuren volyymin kaupalliset tuotteet, kuten urheilujalkineet, ortoosit ja lääketieteelliset proteesit, hyötyvät näiden hartsien sitkeydestä ja kosteudenkestävyydestä, samoin kuin autojen ilmanottosarjat ja muut moottorin alle asennettavat osat.

Korkean suorituskyvyn omaavat kestomuovihartsit – polyeetteriketoni (PEEK), polyeetteriketoni (PEK), polyamidi-imidi (PAI), polyarylisulfoni (PAS), polyeetterimidi (PEI), polyeetterisulfoni (PES), polyfenyleenisulfidi (PPS) ja nestekidepolymeeri (LCP) – toimivat hyvin korkeissa lämpötiloissa, ja kun ne ovat kovettuneet, ne eivät absorboi itseensä vettä eivätkä hajoa kosteuden vaikutuksesta. Tehokkailla kuiduilla vahvistetut hartsit ovat pitkäikäisiä ilman jäähdytystä, ja niillä on poikkeuksellinen iskunkestävyys ja tärinänvaimennusominaisuudet. Ne tarjoavat myös mahdollisuuden käyttää kierrätyssisältöä ja helpottavat jäte- ja romurakenteiden kierrätystä.

Näiden hartsien käsittelyyn liittyy kuitenkin haasteita komposiittien valmistajien kannalta niiden suhteellisen korkean viskositeetin vuoksi. Vahvistetut kestomuovikomposiitit, joissa matriisina on korkeamman suorituskyvyn omaavia hartseja, ovat yleistymässä ilmailu- ja avaruussovelluksissa.