Komposiittien alkuperä menee pitkälle historiaan. Yleisin ihmisen tekemä komposiitti oli olkien ja mutan yhdistelmä, jotta valmistettiin tiilien rakentaminen. Toinen esimerkki on betoni, joka yhdistää sementin ja soran. Uudemmat komposiitit käyttävät polymeerejä hartsina tai matriisina seoksen pitämiseksi yhdessä ja erilaisia kuituja lujitemateriaalina. Nämä polymeerikomposiitit ovat parantaneet monien nykypäivän tuotteiden suorituskykyä.
Matriisi
Matriisin tarkoitus on sitoa lujitekuidut yhteen niin, että rasitukset jakautuvat koko materiaaliin. Hartsimatriisi muodostaa myös kovan pinnan, joka suojaa lujitemateriaalia vaurioilta. Polymeerimatriisimateriaalit ovat kahdenlaisia: lämpömuovautuvia ja kestomuoveja. Lämpökovettuva matriisi luodaan hartsin peruuttamattomalla kemiallisella kovettumisella amorfisen seoksen muodostamiseksi. Lämpötiloissa on korkea lämpötila- kestävyys, hyvä liuottimien kestävyys ja suuri mittapysyvyys.
Termoplastit muodostetaan kuumentamalla prosessilämpötilaan ja muodostamalla tuote haluttuun muotoon. Niillä on erittäin korkea viskositeetti, mikä tekee niistä vaikeampaa tuottaa. Lämpömuovilla on enemmän vastustuskykyä halkeamien ja iskujen aiheuttamien vaurioiden suhteen verrattuna lämpökovettuviin komposiiteihin.
kuidut
Kuituvahvistuksen tehtävänä on lisätä yhdistetyn materiaalin lujuutta ja jäykkyyttä. Vahvistuksessa on kolme muotoa: hiukkaset, jatkuva kuitu ja epäjatkuva kuitu. Varhaisvahvistemateriaalit olivat olki, hamppu ja lasi. 1940-luvulla valmistajat alkoivat yhdistää hiili- ja lasikuituja polymeerimuovien kanssa vahvan komposiitin valmistamiseksi, jota voitaisiin käyttää lentokoneiden rungoissa.
Vahvuus
Polymeerikomposiittien merkittävä etu on niiden suuri vetolujuus-painosuhde. Komposiitit, joissa on polyaramidikuituja, ovat viisi kertaa vahvempia kuin teräs pound-for-pound. Näissä komposiiteissa olevat kuidut voidaan järjestää valmistusprosessin aikana monisuuntaisessa kuviossa, joka levittää jännityksiä koko materiaaliin. Näillä materiaaleilla on kuitenkin matala puristuslujuus, mikä tarkoittaa, että ne voivat rikkoutua helposti äkillisten, terävien voimien aikana. Valmiilla polymeerikomposiitilla on sileä pinta, mikä tekee hyödylliseksi lentokoneiden aerodynaamisen vetämisen vähentämiseksi.
kimmoisuus
Polymeerikomposiitit kestävät erinomaisen kemiallisen korroosion, naarmuuntumisen, ruosteen ja meriveden. Nämä ominaisuudet ovat johtaneet lentokoneiden rungon, polkupyörän osien, sotilasajoneuvojen, junien ja veneiden käyttöön. Kulutuskestävyytensä vuoksi edulliset komposiitit ovat löytäneet käyttötarkoituksia istuimissa, seinissä ja lattioissa busseissa ja metroissa.
kustannukset
Polymeerikomposiittien valmistuskustannukset ja niiden muodostaminen käyttökelpoisiksi tuotteiksi on ensisijainen haitta. Polymeerikomposiitteja valmistaa työläs prosessi, joka tunnetaan kokoonpanona ja joka hidastaa tuotantoa, mikä tekee tuotteista kustannustehokkaampia korkealle tuotantomäärälle. Edistykselliset polymeerikomposiitit ovat myös kalliita valmistaa. Nämä edistyneet kaavat edellyttävät kalliimpaa koulutusta työhön ja kehittyneempiä ympäristö- ja terveysnäkökohtia.
Polymeerikomposiitit ovat kehittyneet vuosien varrella halvemmilla valmistusprosesseilla ja paremmilla formulaatioilla, joilla on parempi lujuus ja kestävyys. Kun tutkijat oppivat lisää hartsien ja lujitemateriaalien välisistä suhteista, polymeerikomposiittien sovellukset löytävät edelleen enemmän käyttötarkoituksia arkipäivän tuotteissa. Vahvemmat ja kevyemmät komposiitit pääsevät kuljetus-, vene- ja muiden tuotteiden taloudellisempiin käyttötarkoituksiin.
