Что такое композитный материал?

В широком смысле композит – это комбинация двух или более различных материалов, которая приводит к превосходному (часто более прочному) продукту. Люди создавали композиты на протяжении тысяч лет, чтобы построить все, от простых убежищ до сложных электронных устройств. В то время как первые композиты были сделаны из природных материалов, таких как грязь и солома, современные композиты создаются в лаборатории из синтетических веществ. Независимо от их происхождения, композиты – это то, что сделало жизнь такой, какой мы ее знаем.

Краткая история

Археологи говорят, что люди используют композиты не менее 5000-6000 лет. В Древнем Египте кирпичи из глины и соломы использовали для ограждения и укрепления деревянных конструкций, таких как форты и памятники. В некоторых частях Азии, Европы, Африки и Америки коренные народы строят конструкции из плетня (доски или полоски дерева) и мазки (смеси из грязи или глины, соломы, гравия, извести, сена и других веществ). /p>

Другая развитая цивилизация, монголы, также были пионерами в использовании композитов. Примерно с 1200 года нашей эры они начали строить армированные луки из дерева, кости и натурального клея, обернутые берестой. Они были намного более мощными и точными, чем простые деревянные луки, помогая Монгольской империи Чингисхана распространяться по всей Азии.

Современная эра композитов началась в 20 веке. с изобретением первых пластиков, таких как бакелит и винил, а также деревянных изделий, таких как фанера. Другой важный композит, Fiberglas, был изобретен в 1935 году. Он был намного прочнее, чем предыдущие композиты, его можно было формовать и придавать ему форму, а также он был чрезвычайно легким и прочным.

Вторая мировая война ускорила изобретение еще большего количества композитных материалов на основе нефти, многие из которых все еще используются сегодня, включая полиэстер. В 1960-е годы появились еще более сложные композиты, такие как кевлар и углеродное волокно.

Современные композитные материалы

Сегодня использование композитов превратилось в обычно включающее структурное волокно и пластик, это известный как армированный волокном пластик или сокращенно FRP. Подобно соломе, волокно обеспечивает структуру и прочность композита, а пластиковый полимер скрепляет волокна. Общие типы волокон, используемых в композитах FRP, включают:

  • Стекловолокно
  • Углеродное волокно
  • Арамидное волокно
  • Бороновое волокно
  • Базальтовое волокно
  • Натуральное волокно (дерево, лен, конопля и т. д.)

В случае стекловолокна сотни тысяч крошечных стеклянных волокон собраны вместе и жестко удерживаются на месте пластиковой полимерной смолой.. Общие пластмассовые смолы, используемые в композитах, включают:

  • Эпоксидная смола
  • Виниловый эфир
  • Полиэстер
  • Полиуретан
  • Полипропилен

Общие применения и преимущества

Самый распространенный пример композитного материала – это бетон. В этом случае арматура из конструкционной стали обеспечивает прочность и жесткость бетона, в то время как затвердевший цемент удерживает арматуру в неподвижном состоянии. Сама по себе арматура могла бы слишком сильно прогнуться, а сам цемент легко растрескался. Однако при объединении в композит создается чрезвычайно жесткий материал.

Композитный материал, который чаще всего ассоциируется с термином «композит», – это армированный волокном пластик. . Этот тип композита широко используется в нашей повседневной жизни. Обычные повседневные применения пластиковых композитов, армированных волокном, включают:

  • Самолет
  • Лодки и морские суда
  • Спортивное оборудование (рукоятки для гольфа, теннисные ракетки, доски для серфинга, хоккейные клюшки и т. д.)
  • Автомобильные компоненты
  • Лопасти ветряных турбин
  • Бронежилеты
  • Строительные материалы
  • Водопроводные трубы
  • Мосты
  • Ручки для инструментов
  • Лестничные перила

Современные композитные материалы имеют ряд преимуществ перед другими материалами, такими как сталь. Возможно, самое главное, композиты намного легче по весу. Они также устойчивы к коррозии, гибки и устойчивы к вмятинам. Это, в свою очередь, означает, что они требуют меньшего обслуживания и имеют более длительный срок службы, чем традиционные материалы. Композитные материалы делают автомобили более легкими и, следовательно, более экономичными, делают бронежилеты более устойчивыми к пулям и делают лопатки турбин, которые могут выдерживать нагрузку от высоких скоростей ветра.

Источники

  • Сотрудники BBC News. «Смерть изобретателя кевлара Стефани Кволек». BBC.com. 21 июня 2014 г.
  • Сотрудники Министерства энергетики. «9 главных фактов об углеродном волокне, которые вы не знали». Energy.gov. 29 марта 2013 г.
  • Сотрудники Королевского химического общества. “Композитные материалы.” RSC.org.
  • Уилфорд, Джон Ноубл. «Восстановление дани из глиняных кирпичей покойному египетскому царю». NYTimes.com. 10 января 2007 г.
Оцените статью
recture.ru
Добавить комментарий