Композиты

Композиты обладают свойствами, которые намного превосходят свойства их отдельно взятых компонентов. Два материала работают вместе как одно целое и обладают уникальными характеристиками. При этом в композите можно отличить разные составляющие друг от друга, т.к. они не смешаны и не растворены друг в друге.

Композиты обладают свойствами, которые намного превосходят свойства их отдельно взятых компонентов. Два материала работают вместе как одно целое и обладают уникальными характеристиками. При этом в композите можно отличить разные составляющие друг от друга, т.к. они не смешаны и не растворены друг в друге.

Примеры композитов можно найти в природе, во флоре и фауне. Древесина – это композит, созданный длинными волокнами целлюлозы (полимер), скреплёнными вместе намного более слабой субстанцией, называемой, лигнин. Целлюлоза также присутствует в хлопке, но без лигнина, который бы ее связал, и это соединение намного слабее. Две непрочных субстанции – лигнин и целлюлоза – вместе создают намного более прочный материал.

Кости в организме человека также композит. Они сделаны из твердого, но хрупкого материала гидроксиапатита (по большей части это фосфат кальция) и мягкого и гибкого материала коллагена (протеин). Коллаген также найден в волосах и ногтях.  Сам по себе он бы не был так широко использован в скелете, но в соединении с гидроксиапатитом, они придает костям свойство, так необходимое для поддержания тела.

Люди делали композиты на протяжении тысяч лет. Самый ранний пример – это грязевые кирпичи. Грязь может быть высушена в форме кирпича и использоваться как строительный материал. Он будет крепким, если Вы попробуете его раздавить (имеет высокую прочность при сжатии), но он легко разломается при попытке его согнуть (имеет низкую прочность на растяжение). Солома кажется очень прочной, если ее крутить, но ее можно легко согнуть. Смешивая грязь и солому вместе возможно сделать кирпич, который сопротивляется одинаково хорошо сжатию и растяжению, из него получится прекрасный строительный блок.

Другой древний композит – это бетон. Бетон является смесью множества камней, гальки, цемента и песка. Он имеет высокую прочность при сжатии, т.е. сопротивляется смятию. В современном мире было придумано добавлять в него металлические прутья или проволоку для повышения способности сопротивляться изгибу и растяжению. Бетон с железными прутьями был назван железобетоном.

Большинство композитов сделано всего из двух материалов. Один называется матрицей или связкой. Он окружает и связывает вместе волокна или фрагменты другого материала - упрочнителя или армирующего элемента.

Первым современным композитом стало стекловолокно. Оно до сих пор широко применяется в корпусах судов, спортивном инвентаре, строительных панелях и кузовах транспорта. Матрицей является пластик, а упрочнителем стекло, которое сделано в виде мелких нитей и часто соткано в виде некой ткани. Само по себе стекло хрупкое и легко ломается при изгибе на острые куски. Пластиковая матрица соединяет вместе стеклянные волокна и защищает их от разрушения, распределяя нагрузку равномерно по волокнам.

Некоторые современные композиты теперь сделаны из углеродных волокон вместо стекла. Эти материл легче и прочнее, чем стекловолокно, но более дорогие и сложнее в производстве. Они используются в авиастроении и дорогом спортинвентаре (например, в гольф-клубах). Углеродные нанотрубки также успешно применяются для создания композитов. Такие материалы даже еще легче и прочнее, но они все еще значительно дороже. Тем не менее, они обеспечивают другие преимущества при изготовлении легких машин и самолетов: использование меньшего количества топлива. Новый Airbus A380 – самый большой в мире пассажирский самолет – построен из современных композитов. Более чем 20% A380 сделано из композитов, в основном пластмасс, упрочненных углеродными волокнами.

Самое важное преимущество композитных материалов – это то, что они легкие и прочные. Выбрав правильную комбинацию матрицы и армирующего элемента, может быть спроектирован новый материал непосредственно для конкретного применения. Композиты обеспечивают гибкий дизайн, поскольку многие из них могут быть отлиты в нужную форму. Обратной стороной медали все еще отсеется цена. Хотя конечный продукт очень эффективен, сырые материалы часто слишком дорогие.