Luźno zdefiniowany kompozyt jest kombinacją dwóch lub więcej różnych materiałów, co daje lepszy (często mocniejszy) produkt. Ludzie od tysięcy lat tworzą kompozyty, aby budować wszystko - od prostych schronień po skomplikowane urządzenia elektroniczne. Podczas gdy pierwsze kompozyty zostały wykonane z naturalnych materiałów, takich jak błoto i słoma, dzisiejsze kompozyty powstają w laboratorium z substancji syntetycznych. Bez względu na pochodzenie, kompozyty są tym, co umożliwiło życie takim, jakie znamy.
Krótka historia
Archeolodzy twierdzą, że ludzie używają kompozytów od co najmniej 5000 do 6000 lat. W starożytnym Egipcie cegły wykonane z błota i słomy otaczają i wzmacniają drewniane konstrukcje, takie jak forty i zabytki. W niektórych częściach Azji, Europy, Afryki i obu Ameryk rdzenne kultury budują struktury z plecionek (deski lub paski z drewna) i daub (kompozyt z błota lub gliny, słomy, żwiru, wapna, siana i innych Substancje).
Inna zaawansowana cywilizacja, Mongołowie, była także pionierami w stosowaniu kompozytów. Od około 1200 r. Zaczęli budować wzmocnione łuki z drewna, kości i naturalnego kleju owiniętego korą brzozy. Były one znacznie potężniejsze i dokładniejsze niż proste drewniane łuki, pomagając rozprzestrzenić się imperium mongolskiego Czyngis-chana w całej Azji.
Współczesna era kompozytów rozpoczęła się w XX wieku od wynalezienia wczesnych tworzyw sztucznych, takich jak bakelit i winyl, a także inżynierii produktów drewnianych, takich jak sklejka. Kolejny ważny kompozyt, Fiberglas, został wynaleziony w 1935 roku. Był znacznie mocniejszy niż wcześniejsze kompozyty, można go było formować i kształtować, a także był wyjątkowo lekki i trwały.
Druga wojna światowa przyspieszyła wynalezienie jeszcze większej liczby kompozytowych materiałów ropopochodnych, z których wiele jest nadal w użyciu, w tym poliestru. W latach 60. wprowadzono jeszcze bardziej wyrafinowane kompozyty, takie jak Kevlar i włókno węglowe.
Nowoczesne materiały kompozytowe
Dziś korzystanie z kompozyty ewoluowało, aby powszechnie zawierać włókno strukturalne i tworzywo sztuczne, w skrócie znane jest to jako tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami lub FRP. Podobnie jak słoma, włókno zapewnia strukturę i wytrzymałość kompozytu, podczas gdy polimer z tworzywa sztucznego utrzymuje włókno razem. Typowe rodzaje włókien stosowanych w kompozytach FRP obejmują:
- Włókno szklane
- Włókno węglowe
- Włókno aramidowe
- Włókno borowe
- Włókno bazaltowe
- Włókno naturalne (drewno, len, konopie itp.)
W przypadku włókno szklane, setki tysięcy drobnych włókien szklanych są zestawiane razem i utrzymywane sztywno na miejscu za pomocą plastikowej żywicy polimerowej. Do typowych żywic plastikowych stosowanych w kompozytach należą:
- Żywica epoksydowa
- Ester winylowy
- Poliester
- Poliuretan
- Polipropylen
Wspólne zastosowania i korzyści
Najczęstszym przykładem kompozytu jest beton. W tym zastosowaniu pręt zbrojeniowy ze stali konstrukcyjnej zapewnia wytrzymałość i sztywność betonu, a utwardzony cement utrzymuje pręt zbrojeniowy w pozycji nieruchomej. Sam Rebar ugiąłby się zbyt mocno, a sam cement łatwo pękłby. Jednak po połączeniu w celu utworzenia kompozytu powstaje niezwykle sztywny materiał.
Materiałem kompozytowym najczęściej kojarzonym z terminem „kompozyt” są tworzywa sztuczne wzmocnione włóknami. Ten rodzaj kompozytu jest szeroko stosowany w naszym codziennym życiu. Typowe codzienne zastosowania kompozytów z tworzyw sztucznych wzmacnianych włóknami obejmują:
- Samolot
- Łodzie i morskie
- Sprzęt sportowy (wały golfowe, rakiety tenisowe, deski surfingowe, kije hokejowe itp.)
- Komponenty samochodowe
- Łopaty turbin wiatrowych
- Zbroja
- Materiały budowlane
- Rury wodne
- Mosty
- Uchwyty narzędziowe
- Szyny drabinowe
Nowoczesne materiały kompozytowe mają wiele zalet w porównaniu z innymi materiałami, takimi jak stal. Być może, co najważniejsze, kompozyty są znacznie lżejsze. Są również odporne na korozję, są elastyczne i odporne na wgniecenia. To z kolei oznacza, że wymagają mniej konserwacji i mają dłuższą żywotność niż tradycyjne materiały. Materiały kompozytowe sprawiają, że samochody są lżejsze, a tym samym bardziej wydajne pod względem zużycia paliwa, zwiększają odporność pancerza na pociski i sprawiają, że łopatki turbin są odporne na działanie dużych prędkości wiatru.
Źródła
- Pracownicy BBC News. „Umiera Kevlar wynalazca Stephanie Kwolek”. BBC.com. 21 czerwca 2014 r.
- Pracownicy Departamentu Energii. „9 najważniejszych rzeczy, których nie wiedziałeś o włóknie węglowym”. Energy.gov. 29 marca 2013 r.
- Personel Royal Society of Chemistry. "Materiały kompozytowe." RSC.org.
- Wilford, John Noble. „Przywracanie hołdu z cegły mułowej zmarłemu egipskiemu królowi”. NYTimes.com. 10 stycznia 2007 r.