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.
