Композиционный материал – это неоднородный сплошной материал из двух и более компонентов с четким различием между ними.
Самый простой пример – обычная фанера.
Но есть гораздо более интересные технологии и материалы, используемые в авиастроении, автомобилестроении и других сферах.
Более подробная информация - под аннотацией.
Древние первооткрыватели
Два или более разнородных материала используются вместе для создания нового уникального материала или улучшения характеристик одного из них.Первое использование этого метода относится к 1500 году до нашей эры, когда глина и солома использовались для строительства зданий в Египте и Месопотамии.
В состав также добавляли солому для укрепления керамики и лодок.
Кирпичи, в производстве которых использовался лом, называются «саманными».
Примерно так их делали египтяне: 
Следующая веха – 1200 год нашей эры.
Монголы постарались на славу: они создали первый составной лук из таких материалов, как дерево, кость и животный клей.
Монгольские луки обычно изготавливались из нескольких слоев древесины (чаще всего березы), которые склеивались животным клеем.
Роговые накладки помещались на внутренней стороне лука и закреплялись прожилками.
Эра из пластика
Не было бы современных композитов, если бы ученые не изобрели пластик.Раньше единственным источником клея и связующих были природные смолы, полученные из животных или растений.
А в начале 20 века были разработаны винил, полистирол, фенол и полиэстер.
Эти материалы значительно превосходили используемые ранее.
Но пластик не мог обеспечить достаточную прочность.
Требовалось лучшее армирование, и в 1935 году компания Owens/Corning разработала стекловолокно.
В сочетании с пластиковыми полимерами он создает чрезвычайно прочную, но очень легкую структуру.
Это было началом индустрии армированных полимеров.
Первая реклама изделия из стекловолокна датируется 1939 годом.
Это воздушный фильтр Owens-Corning. 
В 1957 году компания рекламировала шторы из стекловолокна с принтом.
Еще кое-что из 1970-х — панели из стекловолокна для теплоизоляции в строительстве.
Ранние инновации в композитных материалах: Вторая мировая война
Многие изобретения в этой области были изобретены во время войн.Подобно тому, как монголы создали свой композитный лук, Вторая мировая война позволила армированным полимерам мигрировать из лабораторий в реальный мир.
В военном самолетостроении потребовались альтернативные материалы, позволяющие снизить вес конечного продукта.
Очень быстро инженеры осознали преимущества композитов с точки зрения их веса и прочности.
Инженеры также узнали о таком преимуществе стеклопластиковых композитов, как радиопроницаемость.
И стали использовать «обтекатели», защищающие радиомодули от внешних факторов, в том числе от ветра.
Во время войны Германия также пыталась разработать самолет-невидимку, задолго до американской модели «Стелс».
Тогда пришлось использовать в корпусе композитный материал, где между слоями фанеры находился бы наполнитель из легкой бальзы — дерева, растущего в Южной Америке.
Но в 1944 году этот материал был для немцев недостижим, поэтому пришлось использовать эрзац-композит «Вормгольц»: между слоями фанеры толщиной 1,5 мм находилась смесь пропитанных смолой опилок и пористого угля.
Адаптация композитов
В целом к концу войны небольшая ниша композитной промышленности была заполнена.И теперь стояла непростая задача: как перейти от военных заказов к продукции мирного назначения.
Среди очевидных вариантов были лодки.
Первая лодка с композитным корпусом была представлена в 1946 году.
Примерно в то же время начали производить доски для серфинга из стекловолокна.
И появился метод «протяжки» – «пультрузии», используемый при производстве полимерных композиционных материалов.
Вот, например, схема сухой пултрузии.
Метод значительно упростил производство.
Автомобильная промышленность – еще одна важная область применения полимерных композитов.
В 1954 году в США поступил в продажу первый спортивный автомобиль с кузовом из стеклопластика: Kaiser-Darrin. Этот автомобиль разогнался до 60 миль в час за 15,1 секунды.
А максимальная скорость чуть меньше 100 миль в час, то есть около 160 км/ч.
Такие характеристики стали достижимы с двигателем в 90 лошадиных сил, во многом благодаря небольшому весу автомобиля – около 2200 фунтов, то есть 997 кг.
В 1970-е годы материалы стали еще лучше и сложнее.
Группа DuPont под руководством Стефани Кволек разработала арамидные волокна, известные нам как кевлар.
Сейчас это хорошо известный материал, используемый в бронежилетах.
Кевлар в пять раз прочнее стали.
Его материал был создан для армирования автомобильных покрышек и используется для этих целей до сих пор.
Он также используется для армирования медных и оптоволоконных кабелей.
Автомобильная шина Wrangler с использованием кевлара.
Кевларовый чехол с док-станцией для iPhone. 
Кевлар также используется в беспилотных самолетах.
Например, для дополнительной защиты беспилотного летательного аппарата RQ-11 Raven. 
Космос и авиация
Алюминий и другие металлы при производстве деталей самолетов заменяются композитами низкой плотности, что позволяет снизить массу самолетов.Это, в свою очередь, экономит топливо.
Поэтому композиты сейчас широко используются в гражданской авиации.
На Boeing 787 DreamLiner 50% элементов фюзеляжа изготовлены из композитных материалов на основе углерода.
Таким образом, этот самолет легче и прочнее обычного авиалайнера с алюминиевым фюзеляжем.
В двигателе Genx от General Electric также используются композитные материалы: из них изготовлен корпус, лопатки турбины и форсунки, впрыскивающие топливо в камеру внутреннего сгорания.
Оружие
Разумеется, для создания оружия используются композиционные материалы.Например, межконтинентальная баллистическая ракета «Тополь-М»: она на 90% состоит из композитов, включая конструкции двигателя и боевую часть.
Сменный ствол винтовки Christensen Arms из углеродного волокна.
Винтовка построена на базе затворной группы «Ремингтон-700».
Карабин Carbon Custom R-93 со сменными стволами.
Ложа винтовки изготовлена из композитных материалов.
Представлен на «Открытых инновациях» в прошлом году российским производителем HC Composite. 
Современные полимерные композиционные материалы
Наиболее интересной группой композитов являются полимеры.Это не фанера или солома в кирпичах, а материалы, которые сложно производить, иногда включая работу даже на наноуровне (от 10 до -9 градусов).
На этот раз немного теории.
Для армирования используют: карбоновые ткани (карбон); арамидные ткани (кевлар); гибридные ткани (карбон+Кевлар); однонаправленные гибридные ткани; стекловолокно; мультиаксиальные ткани; карбоновые ленты; препреги.
Как используются углеродные ткани?
Для изготовления карбоновых деталей используется как простое углеродное волокно с хаотично расположенными нитями, заполняющими весь объем материала, так и ткань (Carbon Fabric).Наиболее распространенные виды плетения – полотняное, саржевое, атласное.
Плотность ткани, или удельный вес, выраженная в г/м^2, помимо типа плетения зависит от толщины волокна, которая определяется количеством углеродных волокон.
Эта характеристика кратна тысяче.
Итак, аббревиатура 1К означает тысячу нитей в волокне.
Часто можно услышать от мальчишек в зоне автомобилистов, что они «покрыли свою машину карбоном».
Здесь на самом деле речь идет чаще не о полимерных композитах, а об обычной декоративной пленке, выполненной под карбон.
Никаких преимуществ такая пленка не дает: вес деталей не уменьшится, да и в прочности она тоже не прибавит. Так что это погоня за модой и желание сделать собственную машину похожей на гоночные машины из Need For Speed. 
При строительстве зданий и дорог, для армирования бетонных резервуаров и хранилищ применяется углепластиковая и стекловолоконная арматура, инертная ко всем агрессивным средам, обладающая высокой прочностью и расчетным сроком службы 75 лет. 
Армирование во время строительства и после него можно производить и снаружи: с помощью углеродной ленты, пропитанной двухкомпонентным эпоксидным компаундом.
К сожалению, лучшего изображения мне не удалось найти.
Асфальт можно армировать, добавив в него фиброволокно.
Помните солому и глину в начале Великого поста? 
Нанотехнологии
Сами по себе полимерные композиты вряд ли можно назвать нанотехнологическими, если определить нанотехнологию как «совокупность технологических методов и приемов, используемых при исследовании, проектировании и производстве материалов, устройств и систем, включая целенаправленный контроль и управление структурой, химическим составом и взаимодействием».их отдельных наноразмерных элементов (с размерами порядка 100 нм и менее), которые приводят к улучшению или появлению дополнительных эксплуатационных и/или потребительских характеристик и свойств получаемой продукции».
Но в последнее время на рынок вышли полимерные смолы, выступающие в качестве связующего вещества, которые, исходя из процесса их производства, полностью подпадают под определение нанотехнологий.
Лекарство
Конечно, изначально военные разработки очень часто превращаются в продукцию мирного времени и используются, в том числе, в медицине.Начнем со стоматологии.
Вам поставили пломбы? Высока вероятность, что это были композиционные материалы.
Прямо на ваших глазах, непосредственно перед установкой, врач смешивает компоненты, затем устанавливает на место и затем несколько минут держит ультрафиолетовую лампу.
Это светоотверждаемые пломбы.
Существуют также пломбы химического отверждения.
Например, стеклоиономерный цемент, изготовленный из порошка и жидкости, в котором порошок представляет собой алюмофторсиликатное стекло с фтором, а жидкость — водный раствор полиакриловой кислоты.
Композитные волокна используются при производстве ортезов.
Ортез – это специальное устройство, предназначенное для облегчения, фиксации, активации или коррекции функций сустава или конечности.
Есть кортесы, бинты, обувь и другие изделия.
Конечно, зубные протезы изготавливаются и из композитных материалов.
В случае с образцами для бегунов это просто необходимо, поскольку другие материалы не способны обеспечить такую гибкость и прочность.
Заключение
Древний метод, который помог сделать кирпичи и луки прочнее, в сочетании с современными материалами дает неоценимую пользу в различных областях.Среди них авиационная и автомобильная промышленность, космонавтика, медицина, в том числе стоматология и протезирование, строительство.
Даже такая простая вещь, как армирование в бетонных конструкциях, теперь стала более технологичной, изготовленной из стекловолокна и углепластика.
Пломбы у стоматолога, как я писал выше, тоже относятся к композитным материалам.
Композитные материалы прочно вошли в нашу жизнь, порой совершенно незаметно для нас.
Более того, использовать этот метод можно даже в домашних условиях.
Я упоминал в одном из прошлые публикации что я планирую делать новые моды для своего квадрокоптера.
Как только добьюсь в этом успеха, напишу.
Теги: #Популярная наука #нанотехнологии #физика #материаловедение #композитные материалы #композиты #композитные материалы
-
Интеграция Sap Business One
19 Oct, 24 -
Окончательно! Добро Пожаловать Windows 8.1!
19 Oct, 24 -
Готовые Решения Для Английской Локализации
19 Oct, 24
