Kuitulujitettujen muovikomposiittien käyttö kone- ja laitetekniikassa on kehittynyt hitaammin verrattuna aloihin, joissa piilevänä on ollut suuri tarve saada kevyempiä, mekaanisilta ominaisuuksiltaan parempia ja kokonaiskustannuksellisesti edullisempia tuotteita, jotka mahdollistaisivat uusien tekniikkojen käyttöönoton. Lisäksi kone- ja laiteteollisuus on autoteollisuuden tavoin ollut hidas hyväksymään uusia materiaaleja niiden käyttöönoton edellyttävistä pitkistä ja hinnakkaista testauksista johtuen.
Tuotannon tehostaminen, mikä usein merkitsi koneiden ja laitteiden nopeuksien kasvattamista, asetti erityisesti nopeasti liikkuville osille vaatimuksia, joita aikaisemmin käytetyillä materiaaleilla ei voitu täyttää. Metalleista valmistettuina kyseiset osat olisivat tulleet liian painaviksi tai kooltaan liian suuriksi. Muita syitä kuitulujitettujen muoviosien käyttöön ovat materiaalilla saavutettava alhainen kitkakerroin ja itsevoitelevuus, hiljainen käyntiääni, korroosionkestävyys ja kyky joko eristää tai johtaa lämpöä ja sähköä. Mahdollisuus valmistaa kustannustehokkaasti muodoltaan monimutkaisia kappaleita on myös merkittävä syy komposiittien käyttöön. Lujitemuoviosat voidaan lisäksi oikealla materiaalivalinnalla ja suunnittelulla valmistaa ympäristöolosuhteiden muutoksille neutraaleiksi (mittapysyvyys).
Tapauksesta riippuen kuitulujitettujen osien valmistajat ilmoittavat saavuttavansa noin 20 % painonsäästön vastaavaan alumiinista valmistettuun osaan verrattuna ja jopa 50 % painonsäästön teräskappaleeseen verrattuna. Tällöin mekaaniset ja fysikaaliset ominaisuudet ovat vähintään yhtä hyvät, osin jopa merkittävästi paremmat.
11.4.1 Käyttökohteet
Ensimmäiset koneenrakennuksessa käytetyt lujitemuoviosat olivat kooltaan pieniä. Tyypillisiä sovelluksia olivat hammaspyörät, tuulettimet, siipipyörät, vivut, salvat, laakerit, tiivisteet, ketjut sekä kytkimien ja jarrujen osat.
Useiden teollisuuden koneiden ja laitteiden kuten myös toimistokoneiden ja -laitteiden kuori- ja suojarakenteet ovat kuitulujitetusta muovista valmistettuja. Kuoret voidaan valmistaa häiriösuojattuina (EMI-suojaus). Myös suhteellisen kevyille (500 kg) kuormille tarkoitettuja nostureita on valmistuksessa. Teollisuusrobottien käsivarret ovat jo kauan olleet tunnettuja sovellutuskohteita.
Myös pakkaus-, mittaus- ja annostelulaitteissa lujitemuovikomposiittien käyttö on kasvanut. Sähkölaitteiden osat ja erityisesti painetut ja syövytetyt piirilevyt ovat olleet ja ovat edelleenkin merkittävä sovellutuskohde.
Nopeasti käyvistä koneista esimerkkinä mainittakoon erilaiset tekstiilikoneet kuten kutoma-, neule- ja kampakoneet, joiden nopeasti liikkuvat osat valmistetaan nykyisin lähinnä hiilikuitulujitetusta muovista. Ensimmäisiä sovellutuksia olivat kutomakoneiden lyöntikäpälät ja loimineulekoneiden neulaparrut. Näiden jälkeen alettiin valmistaa niisivarsien kehyksiä ja luhia sekä syöstävättömiin koneisiin kudelangan vireeseen vievää tankoa. Nämä teknisesti vaativat osat mahdollistivat koneiden nopeuden kasvattamisen ja ovat osoittautuneet käytössä lähes rikkoontumattomiksi. Koneiden valmistajat ovat ilmoittaneet hiilikuitulujitettujen osien mahdollistaneen n. 10 %:n nopeuden noston. Kaapelikelauskoneiden nopeasti pyörivät, kooltaan suuret osat ovat myös tyypillisiä sovellutuskohteita kuitulujitetulle muoville. Yleisesti käytössä ovat myös lujitemuovista valmistetut tuulettimen siivet eri käyttökohteisiin. Suurimmat siipipituudet ovat lähellä kahta metriä. Lujitemuovikomposiittisiivet ovat osoittautuneet kevyemmiksi, kestävämmiksi ja vähemmän vaurioalttiiksi vastaaviin metallisiin siipiin verrattuna.
Erinomaisesti tasapainotettuja, mittapysyviä, korroosiokestäviä ja väsymismurtumille vähemmän alttiita komposiittiteloja valmistetaan erilaisista teloja käyttävistä pienkoneista aina suuriin paino- ja paperikoneisiin saakka. Komposiittitelojen käyttö mahdollistaa koneiden nopeuden noston, sillä teloilla saavutettava painonsäästö metalliteloihin verrattuna voi olla jopa 75 %. Lisäksi komposiittitelojen kulutuksenkesto on parempi, samoin ominaisjäykkyys. Kevyempinä ne rasittavat vähemmän laakereita, mikä pidentää laakereiden käyttöikää. Teloja valmistetaan halkaisijamitoissa 20…1060 mm maksimipituuksien ollessa noin 10 metriä.
Paineastioita valmistetaan kelaamalla useaan eri tarkoitukseen. Kooltaan pienimpiin kuuluvat sukeltajien, sairaanhoidon ja palomiesten kannettavat ilma- ja happisäiliöt sekä nestekaasupullot, suurimpiin taas nestemäisille ja kaasumaisille polttoaineille tarkoitetut varastosäiliöt, joiden vetoisuus voi olla lähes 1 m3. Sekä liikuteltavien että varastointiin tarkoitettujen kevyiden paineastioiden kehitystyö jatkuu voimakkaana, koska niille nähdään hyvin monimuotoista ja suurta tarvetta tulevaisuudessa.
Lääketieteellisistä sovellutuksista tunnettuja ovat röntgentutkimuksessa käytettävät potilaspöydät ja muut röntgensäteitä läpäisevät röntgenlaitteiden hiilikuitulujitetut muoviosat, joihin kuuluvat myös kuvaustasot. Oman ryhmänsä muodostavat ylä- ja alaraajaproteesit ja erilaiset rakenteeltaan hyvinkin monimutkaiset polvi- ja kyynärsuojat, kehonsisäiset lonkka- ja polvinivelet sekä sydämen läpät ja hydrauliset moottorit. Luunmurtumien tuentaan lähinnä pään alueella käytetään suulakevedettyjä tai kelaamalla valmistettuja putkia tai tankoja, jotka voidaan yksinkertaisella kiinnitysmekanismilla liittää yhteen muotonsa säilyttäväksi tukikehikoksi. Aikaisemmin käytettyihin vastaaviin teräsputkiin verrattuna näiden taivutuslujuudet ovat 2,5…3-kertaiset ja jäykkyydet vähintään 10 % suuremmat. Hiilikuitulujitetusta muovista valmistettuina ne ovat lisäksi röntgensäteitä läpäiseviä.
Erikoisena sovellutuksena mainittakoon putkiprofiileista kootut lyömäsoitinten kiinnitys- ja kannatuskehikot, joita valmistetaan eri versioina. Näiden etuina on keveyden ja suuren jäykkyyden lisäksi se, että eri lyömäsoittimet voidaan aina kiinnittää tarkasti samaan kohtaan ja asentoon. Samaan ryhmään voidaan liittää lujitemuovista valmistetut soittimet ja soittimien osat, mm. suomalainen hiilikuituhuilu sekä erilaiset kolmijalat ja mikrofonin pitkät kannatintangot, joiden on oltava erittäin jäykkiä äänen huojunnan välttämiseksi. Musiikkiin liittyvät myös kuitulujitetut muoviset kaiutin ”paperit”.
11.4.2 Materiaalit
Kone- ja laitesovelluksissa merkittävin lujitekuitu on lasikuitu. Hiilikuituja käytetään vain vaativissa sovellutuksissa, lähinnä koneenrakennuksessa nopeasti liikkuvissa jäykissä, keveissä ja lujissa osissa, joilta edellytetään pitkää käyttöikää ja erinomaista väsytyskestävyyttä.
Matriisimuoveina erityisesti erilaisten koteloiden, kuori- ja suojarakenteiden valmistuksessa käytetään kestomuoveja. Kertamuoveista polyesterit ja hiilikuitujen yhteydessä epoksit muodostavat valtamuovit. Fenoleja käytetään, kun tuotteilta edellytetään parempia palo-ominaisuuksia. BMC-massat ja muut puristemassat ovat myös käytössä tämän ryhmän tuotteiden valmistuksessa.
11.4.3 Valmistustekniikat
Käytännössä kaikki tavanomaiset valmistusmenetelmät ovat käytössä kone- ja laiteteollisuuden osien valmistuksessa. Piensarjoja valmistetaan käsinlaminoinnilla ja injektointimenetelmillä. Sarjakokojen suurentuessa käytetään ruiskupuristusta ja muita suljettujen muottien menetelmiä. Profiilit ja putket valmistetaan pääsääntöisesti suulakevetämällä tai kuitukelauksella, harvemmin prepreg-käärinnällä.