Kompozyty

Materiał kompozytowy, kompozyt to materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach.

Co to jest kompozyt?

Materiał kompozytowy składa się z co najmniej dwóch materiałów, które łączą się w celu uzyskania właściwości lepszych od właściwości poszczególnych składników.

Na naszej stronie internetowej odnosimy się do kompozytów wzmacnianych włóknami polimerowymi (FRP), zazwyczaj z wbudowanymi w matrycę polimerową włóknami węglowymi, szklanymi, aramidowymi, polimerowymi lub naturalnymi. Inne materiały osnowy mogą być również stosowane, a kompozyty mogą zawierać wypełniacze lub nanomateriały, takie jak grafen.

Wiele materiałów składowych i różnych procesów czyni kompozyty niezwykle uniwersalnymi i wydajnymi tworzywami. Zazwyczaj dają one lżejsze, mocniejsze i trwalsze rozwiązania w porównaniu z tradycyjnymi materiałami.

Dlaczego używać kompozytów?

Podstawowym powodem wyboru materiałów kompozytowych do produkcji komponentów jest zmniejszenie ich wagi ze względu na ich względną sztywność i wytrzymałość. Na przykład, kompozyt wzmocniony włóknem węglowym może być pięciokrotnie mocniejszy niż stal 1020, a jednocześnie ma tylko jedną piątą ciężaru.

Aluminium (gatunek 6061) jest znacznie bliższy ciężarowi kompozytu z włókna węglowego, choć wciąż nieco cięższy, ale materiał ten może mieć dwukrotnie większy moduł i nawet siedmiokrotnie większą wytrzymałość.

Materiały kompozytowe – wzrosty w branży

Przemysł kompozytów jest ekscytującą branżą, w której można pracować, ponieważ cały czas opracowywane są nowe materiały, procesy i zastosowania – jak na przykład wykorzystanie hybrydowych włókien pierwotnych i wtórnych, szybsza i bardziej zautomatyzowana produkcja. Globalny rynek materiałów kompozytowych rośnie o około 5% rocznie, a zapotrzebowanie na włókna węglowe rośnie o 12% rocznie.

Kiedy stosować materiały kompozytowe?

Podobnie jak w przypadku wszystkich materiałów inżynieryjnych, kompozyty mają szczególne mocne i słabe strony, co należy rozważyć na etapie specyfikacji. Kompozyty nie są bynajmniej odpowiednim materiałem do każdego zadania.

Jednak główną siłą napędową rozwoju kompozytów jest kombinacja zbrojenia i matrycy, która może zostać zmieniona tak, aby spełniała wymagane właściwości końcowe danego komponentu. Na przykład, jeżeli końcowy komponent musi być ognioodporny, w fazie rozwoju można zastosować osnowę ognioodporną, tak aby posiadała tę właściwość.

Redukcja wagi

Podstawową przyczyną wyboru kompozytów jest poprawa wytrzymałości właściwej / sztywności (wytrzymałość / sztywność właściwa na jednostkę masy).
Pozwala to na zmniejszenie zużycia paliwa lub zwiększenie przyspieszenia lub zasięgu w transporcie.
Pozwala to na łatwiejszy, szybszy montaż lub szybszy ruch ramion robota oraz zmniejsza liczbę konstrukcji nośnych lub fundamentów.
Poprawia stabilność górnego pływaka na statkach i konstrukcjach offshore oraz pływalność w zastosowaniach głębinowych.

Trwałość i konserwacja

Kompozyty nie rdzewieją, co jest kluczowe, zwłaszcza w środowisku morskim i chemicznym. Potrzeba konserwacji i malowania jest zredukowana lub wyeliminowana.
Łożyska kompozytowe do silników okrętowych i mostów nie wymagają smarowania i nie korodują.
Połączenie doskonałej odporności na zmęczenie materiału, a kompozyty mogą wielokrotnie zwiększyć żywotność produktu w wielu zastosowaniach.

Dodatkowa funkcjonalność

Kompozyty są izolatorami termicznymi, które nadają się do ochrony przeciwpożarowej i przeciwwybuchowej lub do zastosowań kriogenicznych.
Izolacja elektryczna jest przydatna w konstrukcjach kolejowych i przezroczystości radarów. W razie potrzeby można zintegrować przewodzącą siatkę lub powłokę, np. w celu odbicia radaru lub skierowania pioruna.
Czujniki, elektronika i okablowanie mogą być wbudowane.

Swoboda projektowania

Projektowanie kompozytów pozwala na swobodę formy architektonicznej.
Wiele części można skonsolidować w jedną, a elementy usztywniające, wkładki itp. można zintegrować w formie.
Kompozyty mogą być dostosowane do danego zastosowania poprzez wybór materiałów składowych i osadzenie dodatkowych funkcji.

Rodzaje kompozytów

Niektóre popularne materiały kompozytowe obejmują:

Kompozyt o matrycy ceramicznej: Ceramiczny rozłożony w matrycy ceramicznej. Są one lepsze niż zwykła ceramika, ponieważ są odporne na szok termiczny i złamania.
Metalowa matryca kompozytowa: Metalowa matryca rozłożona na całej matrycy.
Beton zbrojony: Beton wzmocniony materiałem o wysokiej wytrzymałości na rozciąganie, takim jak stalowe pręty zbrojeniowe.
Beton zbrojony włóknem szklanym: Beton, który jest wlewany do konstrukcji z włókna szklanego o wysokiej zawartości cyrkonu.
Półprzezroczysty beton: Beton pokrywający włókna światłowodowe
Drewno techniczne: Produkowane drewno w połączeniu z innymi tanimi materiałami. Jednym z przykładów może być płyta wiórowa.
Specjalistyczny materiał, jakim jest fornir, można znaleźć również w tym kompozycie.
Sklejka: Drewno techniczne poprzez sklejanie wielu cienkich warstw drewna pod różnymi kątami.
Bambus techniczny: Paski włókna bambusowego sklejone razem, aby stworzyć deskę. Jest to użyteczny kompozyt, ponieważ ma większą wytrzymałość na ściskanie, rozciąganie i zginanie niż drewno.
Parkiet: Kwadrat z wielu kawałków drewna ułożonych często z twardego drewna. Jest on sprzedawany jako element dekoracyjny.
Kompozyt drewno-plastikowy: Włókno drzewne lub mączka odlana z tworzywa sztucznego.
Włókno drzewne wiązane cementem: Zmineralizowane elementy drewniane odlewane w cemencie. Kompozyt ten posiada właściwości izolacyjne i akustyczne.
Fibreglass: Włókno szklane w połączeniu z tworzywem sztucznym, które jest stosunkowo niedrogie i elastyczne.
Polimer wzmocniony włóknem węglowym: Włókno węglowe osadzone w tworzywie sztucznym o wysokim stosunku wytrzymałości do masy.
Płyta warstwowa: Różne kompozyty, które są ułożone warstwowo na sobie.
Kompozytowy plaster miodu: Wybór kompozytów w wielu sześciokątach tworzących kształt plastrów miodu.
Papier-mache: Papier związany klejem. Znajdują się one w rękodziełach.
Plastikowy papier powlekany: Papier powlekany tworzywem sztucznym dla zwiększenia trwałości. Przykładem, gdzie jest to stosowane, są karty do gry.
Pianki syntaktyczne: Lekkie materiały tworzone przez wypełnianie metali, ceramiki lub tworzyw sztucznych mikrobalonami. Balony te są wykonane ze szkła, węgla lub tworzywa sztucznego.