Pochodzenie kompozytów ma długą historię. Najczęstszym kompozytem stworzonym przez człowieka było połączenie słomy i błota w celu wykonania cegieł do budowy. Innym przykładem jest beton, który łączy w sobie cement i żwir. Nowsze kompozyty wykorzystują polimery jako żywicę lub matrycę do utrzymywania mieszaniny razem i różne włókna jako materiał wzmacniający. Te kompozyty polimerowe poprawiły wydajność wielu współczesnych produktów.
Matryca
Celem matrycy jest związanie włókien zbrojenia ze sobą, tak aby naprężenia były rozprowadzane w materiale. Matryca żywiczna tworzy również twardą powierzchnię, która chroni materiał wzmacniający przed uszkodzeniem. Materiały matrycy polimerowej są dwoma rodzajami: termoutwardzalnymi i termoplastycznymi. Termoutwardzalna matryca jest tworzona przez nieodwracalne chemiczne utwardzanie żywicy z wytworzeniem bezpostaciowej mieszaniny. Termoizolatory mają odporność na wysoką temperaturę, dobrą odporność na rozpuszczalniki i wysoką stabilność wymiarową.
Tworzywa termoplastyczne powstają poprzez podgrzanie do temperatury procesu i wytworzenie produktu w pożądanym kształcie. Mają bardzo wysoką lepkość, przez co są trudniejsze w produkcji. Tworzywa termoplastyczne mają większą odporność na pękanie i uszkodzenia od uderzenia w porównaniu z kompozytami termoutwardzalnymi.
Włókna
Rola zbrojenia włóknami polega na dodaniu wytrzymałości i sztywności połączonemu materiałowi. Wzmocnienie występuje w trzech postaciach: cząstki, włókno ciągłe i włókno nieciągłe. Wczesne materiały wzmacniające to słoma, konopie i szkło. W latach czterdziestych producenci zaczęli łączyć włókna węglowe i szklane z polimerowymi tworzywami sztucznymi, tworząc mocny kompozyt, który mógłby być stosowany do kadłubów statków powietrznych.
siła
Istotną zaletą kompozytów polimerowych jest ich wysoki stosunek wytrzymałości na rozciąganie do masy. Kompozyty z włóknami poliamidowymi są pięciokrotnie silniejsze od stali w przeliczeniu na funt. Włókna w tych kompozytach mogą być układane podczas procesu wytwarzania w wielokierunkowy wzór, który rozkłada naprężenia w całym materiale. Jednak te materiały mają niską wytrzymałość na ściskanie, co oznacza, że mogą się łatwo łamać przy nagłych, ostrych siłach. Gotowy kompozyt polimerowy będzie miał gładką powierzchnię, co pomoże zmniejszyć opór aerodynamiczny w samolocie.
Sprężystość
Kompozyty polimerowe mają doskonałą odporność na korozję chemiczną, zarysowania, rdzę i wodę morską. Te cechy doprowadziły do zastosowania w kadłubach statków powietrznych, częściach rowerowych, pojazdach wojskowych, pociągach i łodziach. Ze względu na ich wytrzymałość na zużycie, tanie kompozyty znalazły zastosowanie w siedzeniach, ścianach i podłogach w autobusach i przejściach podziemnych.
Koszty
Koszt wytwarzania kompozytów polimerowych i formowania ich w użyteczne produkty jest główną wadą. Kompozyty polimerowe są wytwarzane przez żmudny proces zwany układem, który spowalnia tempo produkcji, czyniąc produkty mniej opłacalnymi dla dużych wielkości produkcji. Zaawansowane kompozyty polimerowe są również drogie w produkcji. Te zaawansowane formuły wymagają droższych szkoleń dla pracowników i bardziej wyrafinowanych aspektów środowiskowych i zdrowotnych.
Kompozyty polimerowe rozwijały się przez lata przy mniej kosztownych procesach produkcyjnych i lepszych recepturach o lepszej wytrzymałości i trwałości. Naukowcy dowiedzą się więcej o związkach pomiędzy żywicami a materiałami wzmacniającymi, a zastosowania kompozytów polimerowych będą nadal znajdować więcej zastosowań w produktach codziennego użytku. Mocniejsze i lżejsze kompozyty znajdą drogę do bardziej ekonomicznych zastosowań w transporcie, łodziach i innych produktach, które wcześniej nie były uważane za możliwe.
