Brīvi definēts kompozīts ir divu vai vairāku dažādu materiālu kombinācija, kā rezultātā tiek iegūts augstāks (bieži spēcīgāks) produkts. Cilvēki tūkstošiem gadu ir radījuši kompozītmateriālus, lai izveidotu visu, sākot no vienkāršām patversmēm un beidzot ar elektronisko ierīču izstrādi. Kamēr pirmie kompozītmateriāli tika izgatavoti no dabīgiem materiāliem, piemēram, dubļiem un salmiem, mūsdienu kompozītmateriāli tiek izgatavoti laboratorijā no sintētiskām vielām. Neatkarīgi no to izcelsmes kompozītmateriāli ir padarījuši dzīvi tādu, kādu mēs zinām.
Īsa vēsture
Arheologi saka, ka cilvēki kompozītmateriālus ir izmantojuši vismaz 5000 līdz 6000 gadu. Senajā Ēģiptē no dubļiem un salmiem izgatavoti ķieģeļi, lai norobežotu un nostiprinātu tādas koka konstrukcijas kā forti un pieminekļi. Dažās Āzijas, Eiropas, Āfrikas un Amerikas valstīs pamatiedzīvotāju kultūras veido struktūras no smalkmaizītes (koka dēļi vai sloksnes) un dubļi (dubļu vai māla, salmu, grants, kaļķa, siena un citu kompozīts) vielas).
Cita attīstīta civilizācija, mongoļi, arī bija kompozītmateriālu izmantošanas pionieri. Sākot no aptuveni 1200 AD, viņi sāka būvēt pastiprinātus lokus no koka, kaula un dabīgās līmes, iesaiņotus ar bērza mizu. Tie bija daudz jaudīgāki un precīzāki nekā vienkāršie koka loki, palīdzot Čingishana Mongolijas impērijai izplatīties visā Āzijā.
Kompozītmateriālu mūsdienu laikmets sākās 20. gadsimtā, izgudrojot agrīnās plastmasas, piemēram, bakelītu un vinilu, kā arī tādus inženierijas izstrādājumus kā saplāksnis. Vēl viens būtisks kompozīts, Fiberglas, tika izgudrots 1935. gadā. Tas bija daudz spēcīgāks nekā iepriekšējie kompozītmateriāli, to varēja formēt un veidot, kā arī bija ļoti viegls un izturīgs.
Otrais pasaules karš paātrināja vēl vairāk no naftas iegūtu kompozītmateriālu, no kuriem daudzi joprojām tiek izmantoti, izgudrošanu, ieskaitot poliesteru. Sešdesmitajos gados tika ieviesti vēl sarežģītāki kompozīti, piemēram, Kevlars un oglekļa šķiedra.
Mūsdienu kompozītmateriāli
Mūsdienās kompozīti ir attīstījies, lai parasti iekļautu strukturālo šķiedru un plastmasu, to īsi sauc par ar šķiedru pastiprinātu plastmasu vai FRP. Tāpat kā salmi, šķiedra nodrošina kompozīta struktūru un izturību, bet plastmasas polimērs satur šķiedru kopā. Parastie šķiedru veidi, ko izmanto FRP kompozītos, ietver:
- Stikla šķiedra
- Karbona šķiedra
- Aramīda šķiedra
- Bora šķiedra
- Bazalta šķiedra
- Dabiskā šķiedra (koks, lins, kaņepes utt.)
Gadījumā, ja stiklplasta, simtiem tūkstošu niecīgu stikla šķiedru tiek saliktas kopā un stingri turētas vietā ar plastmasas polimēru sveķiem. Parastie plastmasas sveķi, ko izmanto kompozītos, ietver:
- Epoksīds
- Vinila esteris
- Poliesters
- Poliuretāns
- Polipropilēns
Parastie lietojumi un ieguvumi
Visizplatītākais kompozītmateriāla piemērs ir betons. Šajā lietojumā strukturālā tērauda armatūra nodrošina betona stiprību un stingrību, bet sacietētais cements notur armatūru nekustīgā stāvoklī. Armatūra vien pārlieku saliecās, un tikai cements viegli saplaisā. Tomēr, apvienojot to, lai izveidotu kompozītu, tiek izveidots ārkārtīgi stingrs materiāls.
Kompozītais materiāls, kas visbiežāk tiek saistīts ar terminu "kompozīts", ir ar šķiedru pastiprināta plastmasa. Šis kompozītu veids tiek plaši izmantots visā mūsu ikdienas dzīvē. Ar optisko šķiedru pastiprinātu plastmasas kompozītmateriālu ikdienas lietošana:
- Gaisa kuģis
- Laivas un jūra
- Sporta inventārs (golfa vārpstas, tenisa raketes, vējdēļi, hokeja nūjas utt.)
- Automobiļu komponenti
- Vēja turbīnu asmeņi
- Bruņas
- Celtniecības materiāli
- Ūdens caurules
- Tilti
- Instrumentu rokturi
- Kāpņu sliedes
Mūsdienu kompozītmateriāliem ir vairākas priekšrocības salīdzinājumā ar citiem materiāliem, piemēram, tēraudu. Varbūt vissvarīgākais ir tas, ka kompozītmateriāli ir daudz vieglāki. Tie ir arī izturīgi pret koroziju, ir elastīgi un noturīgi pret zobiem. Tas, savukārt, nozīmē, ka tiem nepieciešama mazāka apkope un tiem ir ilgāks kalpošanas laiks nekā tradicionālajiem materiāliem. Kompozītmateriāli padara automašīnas vieglākas un tāpēc efektīvākas degvielas patēriņā, padara bruņuvestes izturīgākas pret lodes un padara turbīnu asmeņus, kas var izturēt lielu vēja ātrumu.
Avoti
- BBC News darbinieki. "Nomirst Kevlara izgudrotājs Stefānija Kvolek." BBC.com. 2014. gada 21. jūnijs.
- Enerģētikas departamenta personāls. "9 svarīgākās lietas, kuras nezinājāt par oglekļa šķiedru." Enerģija.govs. 2013. gada 29. marts.
- Karaliskās ķīmijas biedrības darbinieki. "Kompozītmateriāli." RSC.org.
- Vilfords, Džons Noble. "Dubļu ķieģeļu cieņas atjaunošana aizbraukušajam Ēģiptes karalim." NYTimes.com. 2007. gada 10. janvāris.