Ορισμένα χαλαρά, ένα σύνθετο είναι ένας συνδυασμός δύο ή περισσότερων διαφορετικών υλικών που οδηγεί σε ένα ανώτερο (συχνά ισχυρότερο) προϊόν. Οι άνθρωποι δημιουργούν σύνθετα υλικά για χιλιάδες χρόνια για να φτιάξουν τα πάντα, από απλά καταφύγια έως περίτεχνες ηλεκτρονικές συσκευές. Ενώ τα πρώτα σύνθετα υλικά κατασκευάστηκαν από φυσικά υλικά όπως λάσπη και άχυρο, τα σημερινά σύνθετα υλικά δημιουργήθηκαν σε εργαστήριο από συνθετικές ουσίες. Ανεξάρτητα από την προέλευσή τους, τα σύνθετα είναι αυτά που έχουν κάνει τη ζωή, όπως τη γνωρίζουμε.
Μια σύντομη ιστορία
Οι αρχαιολόγοι λένε ότι οι άνθρωποι χρησιμοποιούν σύνθετα υλικά για τουλάχιστον 5.000 έως 6.000 χρόνια. Στην αρχαία Αίγυπτο, τούβλα φτιαγμένα από λάσπη και άχυρο για να περικλείουν και να ενισχύσουν ξύλινες κατασκευές όπως οχυρά και μνημεία. Σε τμήματα της Ασίας, της Ευρώπης, της Αφρικής και της Αμερικής, οι αυτόχθονες πολιτισμοί χτίζουν δομές από κηλίδες (σανίδες ή λωρίδες από ξύλο) και daub (ένα σύνθετο λάσπη ή πηλό, άχυρο, χαλίκι, ασβέστης, σανός και άλλα ουσίες).
Ένας άλλος προηγμένος πολιτισμός, οι Μογγόλοι, ήταν επίσης πρωτοπόροι στη χρήση σύνθετων. Ξεκινώντας γύρω στο 1200 μ.Χ., άρχισαν να χτίζουν ενισχυμένα τόξα από ξύλο, οστά και φυσική κόλλα, τυλιγμένα με φλοιό σημύδας. Αυτά ήταν πολύ πιο ισχυρά και ακριβή από τα απλά ξύλινα τόξα, βοηθώντας τη Μογγολική Αυτοκρατορία του Τζένγκις Χαν να εξαπλωθεί σε όλη την Ασία.
Η σύγχρονη εποχή των σύνθετων υλικών ξεκίνησε τον 20ο αιώνα με την εφεύρεση πρώτων πλαστικών όπως το βακελίτη και το βινύλιο, καθώς και κατασκευασμένα προϊόντα ξύλου όπως το κόντρα πλακέ. Ένα άλλο κρίσιμο σύνθετο, το Fiberglas, εφευρέθηκε το 1935. Ήταν πολύ ισχυρότερο από τα προηγούμενα σύνθετα υλικά, μπορούσε να διαμορφωθεί και να διαμορφωθεί και ήταν εξαιρετικά ελαφρύ και ανθεκτικό.
Ο Β 'Παγκόσμιος Πόλεμος επιτάχυνε την εφεύρεση ακόμα περισσότερων σύνθετων υλικών που προέρχονται από πετρέλαιο, πολλά από τα οποία χρησιμοποιούνται ακόμη σήμερα, συμπεριλαμβανομένου του πολυεστέρα. Τη δεκαετία του 1960 εισήχθησαν ακόμη πιο εξελιγμένα σύνθετα υλικά, όπως ο Kevlar και οι ίνες άνθρακα.
Σύγχρονα σύνθετα υλικά
Σήμερα, η χρήση του σύνθετα υλικά έχει εξελιχθεί για να ενσωματώνει συνήθως μια δομική ίνα και ένα πλαστικό, αυτό είναι γνωστό ως Fiber Reinforced Plastics ή FRP για συντομία. Όπως το άχυρο, η ίνα παρέχει τη δομή και την αντοχή του σύνθετου υλικού, ενώ ένα πλαστικό πολυμερές συγκρατεί την ίνα μαζί. Οι συνήθεις τύποι ινών που χρησιμοποιούνται σε σύνθετα FRP περιλαμβάνουν:
- Fiberglass
- Ινα άνθρακα
- Ίνες αραμιδίου
- Ίνες βορίου
- Βασικές ίνες
- Φυσικές ίνες (ξύλο, λινάρι, κάνναβη κ.λπ.)
Σε περίπτωση που υαλοβάμβακα, εκατοντάδες χιλιάδες μικροσκοπικές ίνες γυαλιού συγκεντρώνονται και συγκρατούνται άκαμπτα στη θέση τους από μια πλαστική πολυμερή ρητίνη. Οι κοινές πλαστικές ρητίνες που χρησιμοποιούνται στα σύνθετα περιλαμβάνουν:
- Εποξειδικό
- Βινυλεστέρας
- Πολυεστέρας
- Πολυουρεθάνη
- Πολυπροπυλένιο
Κοινές χρήσεις και οφέλη
Το πιο κοινό παράδειγμα σύνθετου υλικού είναι το σκυρόδεμα. Σε αυτή τη χρήση, ο χάλυβας δομικής ράβδου παρέχει την αντοχή και την ακαμψία στο σκυρόδεμα, ενώ το σκληρυμένο τσιμέντο συγκρατεί τη ράβδο σταθερή. Η ράβδος μόνη της θα κάμπτεται πάρα πολύ και το τσιμέντο μόνο θα σπάσει εύκολα. Ωστόσο, όταν συνδυάζεται για να σχηματίσει ένα σύνθετο υλικό, δημιουργείται ένα εξαιρετικά άκαμπτο υλικό.
Το σύνθετο υλικό που συνηθέστερα σχετίζεται με τον όρο "σύνθετο" είναι το Fiber Reinforced Plastics. Αυτός ο τύπος σύνθετου υλικού χρησιμοποιείται εκτενώς σε όλη την καθημερινή μας ζωή. Οι κοινές καθημερινές χρήσεις πλαστικών σύνθετων ενισχυμένων με ίνες περιλαμβάνουν:
- Αεροσκάφος
- Βάρκες και θαλάσσια
- Αθλητικός εξοπλισμός (άξονες γκολφ, ρακέτες τένις, ιστιοσανίδες, μπαστούνια χόκεϊ κ.λπ.)
- Εξαρτήματα αυτοκινήτων
- Λεπίδες ανεμογεννητριών
- Πανοπλία σώματος
- Οικοδομικά υλικά
- Σωλήνες νερού
- Γέφυρες
- Λαβές εργαλείων
- Σιδηροδρομικές ράγες
Τα σύγχρονα σύνθετα υλικά έχουν πολλά πλεονεκτήματα σε σχέση με άλλα υλικά όπως ο χάλυβας. Ίσως το πιο σημαντικό, τα σύνθετα είναι πολύ ελαφρύτερα σε βάρος. Αντέχουν επίσης στη διάβρωση, είναι εύκαμπτα και ανθεκτικά στις οδοντοστοιχίες. Αυτό, με τη σειρά του, σημαίνει ότι απαιτούν λιγότερη συντήρηση και έχουν μεγαλύτερη διάρκεια ζωής από τα παραδοσιακά υλικά. Τα σύνθετα υλικά καθιστούν τα αυτοκίνητα ελαφρύτερα και επομένως πιο αποδοτικά καυσίμου, κάνουν την θωράκιση αμαξώματος πιο ανθεκτική στις σφαίρες και κάνουν λεπίδες στροβίλων που μπορούν να αντέξουν το άγχος των υψηλών ταχυτήτων του ανέμου.
Πηγές
- Προσωπικό του BBC News. "Ο Kevlar εφευρέτης Stephanie Kwolek Dies." BBC.com. 21 Ιουνίου 2014.
- Προσωπικό του Τμήματος Ενέργειας. "Κορυφαία 9 πράγματα που δεν γνωρίζατε για το Carbon Fiber." Energy.gov. 29 Μαρτίου 2013.
- Προσωπικό της Royal Society of Chemistry. "Σύνθετα υλικά." RSC.org.
- Wilford, John Noble. "Επαναφορά ενός αφιερώματος από λάσπη σε έναν αναχωρημένο αιγυπτιακό βασιλιά." NYTimes.com. 10 Ιανουαρίου 2007.