Care este definiția unui material compozit?

Limitat definit, un compozit este o combinație de două sau mai multe materiale diferite care rezultă într-un produs superior (adesea mai puternic). Oamenii creează compozite de mii de ani pentru a construi totul, de la simple adăposturi până la elaborarea de dispozitive electronice. În timp ce primele compozite au fost obținute din materiale naturale precum noroiul și paiul, compozitele de astăzi sunt create într-un laborator din substanțe sintetice. Indiferent de originea lor, compozitele sunt ceea ce a făcut viața așa cum o știm posibil.

O scurta istorie

Arheologii spun că oamenii folosesc compozite de cel puțin 5.000 până la 6.000 de ani. În Egiptul antic, cărămizile făcute din nămol și paie pentru a îngloba și întări structurile din lemn, cum ar fi forturile și monumentele. În unele părți din Asia, Europa, Africa și Americi, culturile indigene construiesc structuri din wattle (scânduri sau fâșii de lemn) și daub (un compus de noroi sau argilă, paie, pietriș, var, fân și alte substanțe).

O altă civilizație avansată, mongolii, au fost, de asemenea, pionieri în utilizarea compozitelor. În jurul anului 1200 A.D., au început să construiască arcuri armate din lemn, os și adeziv natural, învelite cu scoarță de mesteacăn. Acestea erau mult mai puternice și mai precise decât simple arcuri de lemn, ajutând Imperiul Mongol al lui Genghis Khan să se răspândească în Asia.

Era modernă a compozitelor a început în secolul XX, cu invenția materialelor plastice timpurii, cum ar fi Bakelita și vinilul, precum și a produselor din lemn proiectate precum placajul. Un alt compozit crucial, Fiberglas, a fost inventat în 1935. Era mult mai puternic decât compozitele anterioare, putea fi modelat și modelat și era extrem de ușor și durabil. 

Al Doilea Război Mondial a grăbit invenția unor materiale compozite derivate din petrol, multe dintre acestea fiind încă utilizate astăzi, inclusiv poliester. Anii ’60 au cunoscut introducerea unor compozite și mai sofisticate, precum Kevlar și fibra de carbon. 

Materiale compozite moderne

Astăzi, utilizarea compozitelor a evoluat pentru a încorpora în mod obișnuit o fibră structurală și un plastic, aceasta este cunoscută sub numele de Fibre Armate Plastice sau FRP pe scurt. Ca și paie, fibra asigură structura și rezistența compozitului, în timp ce un polimer din plastic ține fibra împreună. Tipurile obișnuite de fibre utilizate în compozite FRP includ:

• Fibra de sticla
• Fibra de carbon
• Fibra Aramid
• Fibră de bor
• Fibra de bazalt
• Fibră naturală (lemn, in, cânepă etc.)

În cazul fibrei de sticlă, sute de mii de fibre minuscule de sticlă sunt colectate și ținute rigid la locul lor de o rășină polimerică din plastic. Rășinile de plastic obișnuite utilizate în compozite includ:

• epoxidice
• Ester de vinil
• Poliester
• poliuretan
• Polipropilenă

Utilizări și beneficii comune

Cel mai frecvent exemplu de compozit este betonul. În această utilizare, armatura structurală din oțel asigură rezistența și rigiditatea betonului, în timp ce cimentul întărit ține rebar-ul staționar. Rebar singur s-ar flexa prea mult și cimentul singur s-ar crăpa ușor. Cu toate acestea, atunci când este combinat pentru a forma un compozit, este creat un material extrem de rigid.

Materialul compozit asociat cel mai frecvent cu termenul "compozit" este materialul plastic consolidat cu fibre. Acest tip de compozit este utilizat pe tot parcursul vieții noastre de zi cu zi. Utilizările obișnuite zilnice ale compozitelor din plastic armat cu fibre includ:

• avioane
• Barci și marine
• Echipamente sportive (arbori de golf, rachete de tenis, table de surf, bastoane de hochei etc.)
• Componente auto
• Lame de turbină eoliană
• Veste antiglonț
• Materiale de construcții
• Țevi de apa
• Poduri
• Mânere de scule
• Șine de scară

Materialele compozite moderne prezintă o serie de avantaje față de alte materiale, cum ar fi oțelul. Poate cel mai important, compozitele au o greutate mult mai ușoară. De asemenea, rezistă la coroziune, sunt flexibile și rezistente la dinți. La rândul său, aceasta înseamnă că necesită o întreținere mai mică și au o durată de viață mai lungă decât materialele tradiționale. Materialele compozite fac mașinile mai ușoare și, prin urmare, sunt mai eficiente din punct de vedere al consumului de combustibil, fac armurarea corpului mai rezistentă la gloanțe și fac lame de turbină care pot rezista la stresul vitezelor mari.

surse

• Personalul BBC News. "Inventatorul Kevlar Stephanie Kwolek moare." BBC.com. 21 iunie 2014.
• Personalul Departamentului Energiei. „Top 9 lucruri pe care nu le știai despre fibra de carbon”. Energy.gov. 29 martie 2013.
• Personalul Royal Society of Chemistry. "Materiale compozite." RSC.org.
• Wilford, John Noble. "Restaurarea unui tribut din cărămidă cu nămol pentru un rege egiptean plecat." NYTimes.com. 10 ianuarie 2007.