Löysästi määritelty komposiitti on kahden tai useamman eri materiaalin yhdistelmä, josta saadaan parempi (usein vahvempi) tuote. Ihmiset ovat luoneet yhdistelmiä tuhansien vuosien ajan rakentaakseen kaikkea yksinkertaisista suojista sähköisten laitteiden kehittämiseen. Vaikka ensimmäiset komposiitit valmistettiin luonnollisista materiaaleista kuten muta ja olki, nykypäivän komposiitit luodaan laboratoriossa synteettisistä aineista. Alkuperästään riippumatta komposiitit ovat tehneet elämästä sellaisena kuin tiedämme sen olevan mahdollista.
Lyhyt historia
Arkeologien mukaan ihmiset ovat käyttäneet komposiitteja vähintään 5000 - 6000 vuotta. Muinaisessa Egyptissä mudasta ja olkista tehdyt tiilet puurakenteiden, kuten linnoitusten ja muistomerkkien, ympäröimiseksi ja vahvistamiseksi. Alkuperäiskulttuurit rakentavat osittain Aasiaa, Eurooppaa, Afrikkaa ja Amerikkaa alkuperäisestä kulttuurista rakenteita (puiset lankut tai liuskat) ja pinta (yhdistelmä mutaa tai savea, olkia, soraa, kalkkia, heinää ja muuta aineet).
Toinen edistynyt sivilisaatio, mongolit, olivat myös edelläkävijöitä komposiittien käytössä. Alkaen noin 1200 A.D., he aloittivat vahvistettujen jousien rakentamisen puusta, luusta ja luonnollisesta liimasta, käärittynä koivunkuoreen. Ne olivat paljon tehokkaampia ja tarkempia kuin yksinkertaiset puiset jouset, auttoen Tšingis-khaanin Mongolian valtakuntaa leviämään Aasiaan.
Komposiittien moderni aikakausi alkoi 1900-luvulla keksimällä varhaisia muoveja, kuten bakeliittia ja vinyyliä, sekä muokattuja puutuotteita, kuten vaneria. Toinen tärkeä komposiitti, Fiberglas, keksittiin vuonna 1935. Se oli paljon vahvempi kuin aikaisemmat komposiitit, se voitiin muotoilla ja muotoilla, ja se oli erittäin kevyt ja kestävä.
Toinen maailmansota vauhditti edelleen öljyperäisten komposiittimateriaalien, joista monet ovat edelleen käytössä, keksintöä, mukaan lukien polyesteri. 1960-luvulla otettiin käyttöön entistä kehittyneempiä komposiitteja, kuten Kevlar ja hiilikuitu.
Nykyaikaiset komposiitti materiaalit
Nykyään komposiitit on kehittynyt sisällyttämään yleisesti rakennekuidun ja muovin, tätä kutsutaan lyhytkuituvahvisteiseksi muoviksi tai FRP. Kuten olki, kuitu tarjoaa komposiitin rakenteen ja lujuuden, kun taas muovipolymeeri pitää kuidun yhdessä. FRP-komposiiteissa käytettyihin yleisiin kuitutyyppeihin kuuluvat:
- Lasikuitu
- Hiilikuitu
- Aramidikuitu
- Boorikuitu
- Basaltikuitu
- Luonnonkuitu (puu, pellava, hamppu jne.)
Siinä tapauksessa että lasikuitu, satoja tuhansia pieniä lasikuituja kootaan yhteen ja pidetään tiukasti paikoillaan muovipolymeerihartsilla. Komposiiteissa käytettyjä tavallisia muovihartseja ovat:
- epoksi
- Vinyyliesteri
- Polyesteri
- polyuretaani
- polypropeeni
Yleiset käyttötavat ja edut
Yleisin esimerkki komposiitista on betoni. Tässä käytössä rakenneteräslevy antaa betonille lujuuden ja jäykkyyden, kun taas kovetettu sementti pitää arkkia paikallaan. Pelkästään puutavara taipuu liikaa ja sementti yksin murtuu helposti. Yhdistettäessä komposiitiksi muodostuu kuitenkin erittäin jäykkä materiaali.
Yhdistelmämateriaali, johon yleisimmin liittyy termi "komposiitti", on kuituvahvistettu muovi. Tämän tyyppisiä komposiitteja käytetään laajasti koko päivittäisessä elämässämme. Kuituvahvisteisten muovikomposiittien yleisiä päivittäisiä käyttökohteita ovat:
- Ilma-alus
- Veneet ja meri
- Urheiluvälineet (golf-akselit, tennismailat, lainelaudat, jääkiekkomailat jne.)
- Autoteollisuuden komponentit
- Tuuliturbiinin terät
- Luotiliivit
- Rakennusmateriaalit
- Vesipiiput
- sillat
- Työkalukahvat
- Tikkaat kiskot
Nykyaikaisilla komposiittimateriaaleilla on useita etuja verrattuna muihin materiaaleihin, kuten teräkseen. Ehkä mikä tärkeintä, komposiitit ovat paljon kevyempiä. Ne kestävät myös korroosiota, ovat joustavia ja hampaidenkestäviä. Tämä puolestaan tarkoittaa, että ne vaativat vähemmän huoltoa ja ovat pidempi käyttöikä kuin perinteiset materiaalit. Yhdistelmämateriaalit tekevät autoista kevyempiä ja siten polttoainetaloudellisempia, tekevät korinpanssarista kestävämmän luoteille ja tekevät turbiinien siipistä, jotka kestävät korkean tuulen nopeuden aiheuttamat stressit.
Lähteet
- BBC News -henkilökunta. "Kevlarin keksijä Stephanie Kwolek kuoli." BBC.com. 21. kesäkuuta 2014.
- Energiaosasto. "9 parasta asiaa, joita et tiennyt hiilikuidusta." Energy.gov. 29. maaliskuuta 2013.
- Royal Society of Chemistry -henkilöstö. "Komposiitti materiaalit." RSC.org.
- Wilford, John Noble. "Mutatiilisen kunnianosoituksen palauttaminen lähtölle Egyptin kuninkaalle." NYTimes.com. 10. tammikuuta 2007.