Materiały kompozytowe

Kompozyt – composite ⇒ compositus ⇒ złożony – materiał wytworzony w sposób sztuczny i świadomy, złożony co najmniej z dwóch faz oddzielonych wyraźnymi granicami międzyfazowymi, gdzie jedna z faz jest fazą umacniającą. Materiał kompozytowy (lub kompozyt) jest to materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów ( faz ) o różnych właściwościach.

Właściwości kompozytów nigdy nie są sumą, czy średnią właściwości jego składników. Najczęściej jeden z komponentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje jego spójność, twardość, elastyczność i odporność na ściskanie, a drugi, tzw. komponent konstrukcyjny zapewnia większość pozostałych własności mechanicznych kompozytu.

Współczesny rozwój materiałów kompozytowych zaczął się jednak dopiero po opanowaniu procesu produkcji żywic syntetycznych, stanowiącym podstawę produkcji laminatów . Jednym z pierwszych kompozytów opartych na tych żywicach był bakelit , pierwszy przedstawiciel fenoplastów. Gwałtowny rozwój materiałów kompozytowych w trakcie i po II wojnie światowej był też związany z rosnącym zapotrzebowaniem przemysłu lotniczego, kosmicznego i motoryzacyjnego na lekkie i wytrzymałe materiały, którymi dałoby się zastąpić stal i inne metale. Obecnie, kompozyty stosuje w wielu technologiach – począwszy od implantów stosowanych w medycynie po tanie materiały konstrukcyjne stosowane w budownictwie.

Rodzaje kompozytów

Kompozyty dzielimy na:

Kompozyty strukturalne, w których występują ciągłe struktury komponentów konstrukcyjnych – warstwy (np. sklejka ), pręty (np. żelbet ) lub regularne struktury trójwymiarowe np. przypominające plaster miodu;

Laminaty, które składają się z włókien zatopionych w lepiszczach. W zależności od sposobu uporządkowania włókien rozróżnia się taśmy kompozytowe – włókna ułożone w jednym kierunku, maty kompozytowe – w dwóch prostopadłych kierunkach lub nieuporządkowane np. pykret;

Mikrokompozyty i nanokompozyty, w których regularna struktura dwóch lub więcej składników jest zorganizowana już na poziomie nadcząsteczkowym. Tego rodzaju kompozyty występują w organizmach naturalnych – np. drewno jest rodzajem mikrokompozytu, w skład którego wchodzą zorganizowane w skręcone pęczki włókna celulozowe „sklejone” ligniną. Współcześnie próby sztucznego otrzymywania tego rodzaju kompozytów są prowadzone w ramach badań nanotechnologicznych;

Stopy strukturalne, które są rodzajem stopów metali, metali z niemetalami , polimerów między sobą oraz polimerów z metalami i niemetalami o bardzo regularnej mikrostrukturze. Przykładem tego rodzaju kompozytu jest stal damasceńska i duraluminium.

Kompozyty umacniane włóknami dominują obecnie na rynku materiałów kompozytowych. Włókna stosowane do ich produkcji mogą być ciągłe lub nieciągłe, czyli krótkie lub cięte. Udział objętościowy włókien w kompozytach może dochodzić do 90%. W kompozytach tego typu obciążenia przenoszone są przez włókna. W kompozytach umacnianych włóknami szczególną rolę odgrywa osnowa, która w pewnym stopniu wpływa na całkowitą wytrzymałość kompozytu. Jej najważniejszymi zadaniami są:

a) umożliwienie formowania kompozytu,

b) zabezpieczenie włókna przed mechanicznym uszkodzeniem,

c) przekazywanie obciążeń na włókna,

d) zapewnienie dobrej spójności z włóknami,

e) nie powodować mechanicznego uszkodzenia włókien,

f) w przypadku wytwarzania kompozytów z ciekłej osnowy, powinna zapewniać zwilżanie włókien.

Negatywne czynniki związane z osnową osłabiające kompozyt to:

a) porowatość,

b) obce wtrącenia,

c) zanieczyszczenia segregujące na granicy kontaktowej włókno – osnowa,

d) reakcja osnowy z włóknami.

Do wykrywania ciał obcych, wtrąceń. zanieczyszczeń w procesie produkcji polecamy system PI-OPTISCAN.