В последние годы высокопрочные композиционные материалы занимают всё более широкие рыночные ниши. Основные типы высокопрочных композитов – это углепластики и стеклопластики на основе высокопрочного стекловолокна. Отличительная особенность таких композитов – это применение длинных волокон, длина которых ограничена только длиной деталей, в отличие от композитов на основе коротких волокон (длина – до нескольких миллиметров) и волокон средней длины (длина до 50мм).
Примеры деталей из высокопрочных композитов: фитинг для трубы высокого давления из высокопрочного стеклопластика (слева) и дуга крутильной машины из углепластика (справа)
На начальном этапе развития производства деталей из стеклопластика и карбоновых деталей (деталей из углепластика), 30-40 лет назад, их применение ограничивалось узкими сферами, такими как космос, авиация, гоночные автомобили, а к настоящему времени параллельно с расширением применений в авиации и автомобильной промышленности, стали развиваться и другие направления применения – такие как инженерный сектор и ветрогенерация.
Еще одним трендом в сфере технологий композитных материалов стало повышение степени автоматизации, позволяющее более эффективно осуществлять производство стеклопластиковых деталей крупными сериями. Наиболее развитыми методами производства высокопрочных композитов являются RTM и компрессионное формование (прессование).
Помимо армирующего материала (стеклянные или угольные волокна, соответственно, изделия из стеклопластика и изделия из углепластика) ключевую роль также играет тип матрицы – термопластичный (термопласт) или термореактивный (реактопласт). Ниже приведен сравнительный анализ свойств различных комбинаций типа армирующего материала и матрицы.
| Волокно | Угольное | Стеклянное | ||
| Матрица | Реактопласт | Термопласт | Реактопласт | Термопласт |
| Свойства | ||||
| Жесткость | Высокая | Средняя | Низкая | Низкая |
| Прочность | Высокая | Средняя | Средняя | Низкая |
| Удельный вес | Низкий | Средний | Высокий | Высокий |
| Цена | Высокая | Средняя | Низкая | Низкая |
Волокно и матрица, составляющие композит, служат фундаментально различным целям. Волокно в основном поглощают усилия натяжения, тогда как матрица поддерживает связность материала и поглощает сжатие и сдвиговые усилия.
Влияние свойств волокна и матрицы на различные свойства композиционного материала приведены ниже.
| Свойство | Влияние волокна | Влияние матрицы |
| Жесткость | 4 | 1 |
| Прочность | 4 | 1 |
| Усталостные свойства | 4 | 1 |
| Стойкость к дефектам | 1 | 4 |
| Электрические свойства | 3 | 3 |
| Температурная стойкость | 0 | 5 |
| Химическая стойкость | 0 | 5 |
| Коррозионная стойкость | 1 | 4 |
| Применимость методов изготовления | 0 | 5 |
*шкала от 1 до 5 – где 5 наивысшее влияние, 1 – практически отсутствие влияния
Таким образом, механические свойства определяются волокном, тогда как физические и химические свойства в основном обусловлены свойствами матрицы
Высокопрочные композиты имеют два основных преимущества над традиционными материалами (например, металлами) – удельную (в пересчете на массу) жесткость и удельную прочность.
| Тип материала | Относительная удельная жесткость* | Относительная удельная прочность* |
| Сталь | 1 | 1 |
| Алюминий, сплавы алюминия | 1,2 | 0,5-1,8 |
| Титан | 1,2 | 2,2 |
| Композит, стандартное стекловолокно, квази-изотропный | 0,5 | 2 |
| Композит, высокопрочное стекловолокно, квази-изотропный | 0,4 | 3 |
| Композит, высокопрочное углеволокно, квази-изотропный | 1,4 | 3 |
| Композит, высокомодульное углеволокно, квази-изотропный | 1,8-2,4 | 1,5-2,5 |
| Композит, стекловолокно, однонаправленный | 0,9-1,1 | 6-9 |
| Композит, углеволокно, однонаправленный | 4-7 | 4-8 |
* относительно стали
Как можно видеть из таблицы, это преимущество особенно сильно проявляется для однонаправленного волокна, однако даже для квази-изотропных ламинатов (имеющих одинаковые свойства по всем направлениям) преимущество над металлами существенно выражено.
В отличие от стандартных материалов, в случае композитов можно оптимизировать деталь, путем преимущественной ориентации волокон вдоль направления основной нагрузки на деталь.