Происхождение композитов уходит далеко в историю. Самым распространенным искусственным композитом было сочетание соломы и грязи для изготовления кирпича для строительства. Другим примером является бетон, который сочетает в себе цемент и гравий. Более современные композиты используют полимеры в качестве смолы или матрицы для склеивания смеси, а различные волокна - в качестве армирующего материала. Эти полимерные композиты улучшили производительность многих современных продуктов.
матрица
Цель матрицы - связать волокна арматуры так, чтобы напряжения распределялись по всему материалу. Смоляная матрица также образует твердую поверхность, которая защищает армирующий материал от повреждений. Полимерные матричные материалы бывают двух типов: термореактивные и термопластичные. Термореактивная матрица создается путем необратимого химического отверждения смолы с образованием аморфной смеси. Термореактивные материалы обладают высокой термостойкостью, хорошей стойкостью к растворителям и высокой стабильностью размеров.
Термопласты получают путем нагревания до температуры процесса и придания продукту желаемой формы. Они имеют очень высокую вязкость, что затрудняет их производство. Термопласты обладают большей устойчивостью к растрескиванию и повреждению от удара по сравнению с термореактивными композитами.
Волокна
Роль армирующего волокна заключается в добавлении прочности и жесткости комбинированному материалу. Укрепление бывает в трех формах: частицы, непрерывное волокно и прерывистое волокно. Ранние материалы укрепления были соломой, пенькой и стеклом. В 1940-х годах производители начали комбинировать углеродные и стеклянные волокна с полимерными пластмассами для создания прочного композита, который можно было бы использовать для корпусов самолетов.
Прочность
Значительным преимуществом полимерных композитов является их высокое отношение прочности на разрыв к массе. Композиты с полиарамидными волокнами в пять раз прочнее стали по отношению к фунту за фунт. Волокна в этих композитах могут быть расположены в процессе производства в разнонаправленном порядке, который распределяет напряжения по всему материалу. Тем не менее, эти материалы имеют низкую прочность на сжатие, что означает, что они могут легко сломаться при внезапных, острых усилиях. Готовый полимерный композит будет иметь гладкую поверхность, что позволит снизить аэродинамическое сопротивление самолета.
упругость
Полимерные композиты имеют отличную стойкость к химической коррозии, царапинам, ржавчине и морской воде. Эти характеристики привели к применению в корпусах самолетов, велосипедных деталей, военных транспортных средств, поездов и катеров. Из-за своей износостойкости недорогие композиты нашли применение в сиденьях, стенах и полах в автобусах и метро.
Расходы
Стоимость изготовления полимерных композитов и превращения их в полезные продукты является основным недостатком. Полимерные композиты изготавливаются с помощью трудоемкого процесса, известного как укладка, который замедляет темпы производства, делая продукты менее рентабельными для больших объемов производства. Современные полимерные композиты также дороги в производстве. Эти передовые формулы требуют более дорогой подготовки к труду и более сложных экологических и медицинских соображений.
Полимерные композиты продолжали развиваться в течение многих лет с менее дорогостоящими производственными процессами и лучшими составами с лучшими характеристиками прочности и долговечности. По мере того, как ученые узнают больше о взаимосвязи между смолами и армирующими материалами, применение полимерных композитов будет продолжать находить все большее применение в повседневных продуктах. Более прочные и легкие композиты найдут свой путь для более экономичного использования в транспорте, лодках и других продуктах, которые ранее считались невозможными.
