Lõdvalt määratletud komposiit on kahe või enama erineva materjali kombinatsioon, mille tulemuseks on parem (sageli tugevam) toode. Inimesed on tuhandeid aastaid loonud komposiite, et ehitada kõike alates lihtsatest varjualustest kuni elektrooniliste seadmete väljatöötamiseni. Kui esimesed komposiidid olid valmistatud looduslikest materjalidest, näiteks mudast ja põhust, siis tänapäeva komposiidid on laboris loodud sünteetilistest ainetest. Sõltumata päritolust on komposiidid teinud elu selliseks, nagu me seda teame.
Lühike ajalugu
Arheoloogide sõnul on inimesed komposiite kasutanud vähemalt 5000–6000 aastat. Vana-Egiptuses olid mudast ja õlgedest valmistatud tellised puitkonstruktsioonide, näiteks kindluste ja monumentide ümbritsemiseks ja tugevdamiseks. Aasia, Euroopa, Aafrika ja Ameerika osades ehitavad põlisrahvaste kultuurid tarbeesemeid (plangud või puitribad) ja määrdunud (muda või savi, põhu, kruusa, lubja, heina ja muu komposiit) ained).
Teine arenenud tsivilisatsioon, mongolid, olid samuti komposiitide kasutamise pioneerid. Alates umbes aastast 1200. a. Asusid nad puust, luust ja naturaalsest liimist armeeritud vibude ehitamisse, mähitud kasekooriga. Need olid palju võimsamad ja täpsemad kui lihtsad puust vibud, aidates Tšingis-khaani Mongoolia impeeriumil levida üle Aasia.
Komposiitide tänapäevane ajastu algas 20. sajandil varajase plasti, näiteks bakeliidi ja vinüüli, leiutamisega, samuti selliste puittoodete nagu vineer leiutamisega. Teine ülioluline komposiit, Fiberglas, leiutati 1935. aastal. See oli varasematest komposiitidest palju tugevam, sai olla vormitud ja vormitud ning äärmiselt kerge ja vastupidav.
Teine maailmasõda kiirendas veel naftasaadustega komposiitmaterjalide, sealhulgas polüestri, leiutamist, millest paljud on endiselt kasutusel. 1960. aastatel toodi turule veelgi keerukamaid komposiite, nagu Kevlar ja süsinikkiud.
Kaasaegsed komposiitmaterjalid
Tänapäeval kasutatakse komposiidid on arenenud nii, et see sisaldab tavaliselt struktuurkiudu ja plasti, seda nimetatakse fiiber tugevdatud plastiks või lühidalt FRP-ks. Nagu õled, tagab kiu komposiidi struktuuri ja tugevuse, plastikpolümeer hoiab kiudu koos. FRP komposiitides kasutatavad levinumad kiuliigid hõlmavad
- Klaaskiud
- Süsinikkiud
- Aramiidkiud
- Boorkiud
- Basaltkiud
- Looduslik kiud (puit, lina, kanep jne)
Juhul kui klaaskiud, sajad tuhanded pisikesed klaaskiud on kokku pandud ja neid hoitakse plastpolümeervaigu abil jäigalt kinni. Komposiitides kasutatavad tavalised plastvaigud hõlmavad:
- Epoksü
- Vinüülester
- Polüester
- Polüuretaan
- Polüpropüleen
Üldised kasutused ja eelised
Komposiidi kõige levinum näide on betoon. Sellel kasutamisel tagab teraskonstruktsioon betoonile tugevuse ja jäikuse, samal ajal kui kõvenenud tsement hoiab armeeri paigal. Ainuüksi armatuur paindub liiga palju ja tsement üksi praguneb kergesti. Komposiitmaterjalina kombineerimisel luuakse aga äärmiselt jäik materjal.
Komposiitmaterjal, mida terminiga "komposiit" kõige sagedamini seostatakse, on kiududega armeeritud plast. Seda tüüpi komposiiti kasutatakse laialdaselt kogu meie igapäevaelus. Kiududega tugevdatud plastkomposiitide igapäevaseks kasutamiseks on:
- Lennuk
- Paadid ja merelaevad
- Spordivarustus (golfivarred, tennisereketid, lainelauad, hokikepid jne)
- Autokomponendid
- Tuuleturbiini labad
- Ihuraud
- Ehitusmaterjalid
- Veetorud
- Sillad
- Tööriistade käepidemed
- Redeli rööpad
Kaasaegsetel komposiitmaterjalidel on võrreldes teiste materjalidega, näiteks terasega, mitmeid eeliseid. Võib-olla kõige tähtsam - komposiidid on palju kergema kaaluga. Samuti peavad nad vastu korrosioonile, on elastsed ja mõlgikindlad. See omakorda tähendab, et need vajavad vähem hooldust ja on pikema elueaga kui traditsioonilised materjalid. Komposiitmaterjalid muudavad autod kergemaks ja seetõttu kütusesäästlikumaks, muudavad kere soomused kuulide suhtes vastupidavamaks ja teevad turbiini labad, mis taluvad suure tuulekiiruse stressi.
Allikad
- BBC Newsi töötajad. "Kevlari leiutaja Stephanie Kwolek sureb." BBC.com. 21. juuni 2014.
- Energiaosakonna töötajad. "9 parimat asja, mida te süsinikkiust ei teadnud." Energia.gov. 29. märts 2013.
- Kuningliku Keemia Seltsi töötajad. "Komposiitmaterjalid." RSC.org.
- Wilford, John Noble. "Muda-tellise austusavalduse taastamine lahkunud Egiptuse kuningale." NYTimes.com. 10. jaanuar 2007.