thumb|250px|Tkanina z włókna węglowego, często stosowanego jako komponent konstrukcyjny kompozytów thumb|250px|Porównanie włosa ludzkiego (jasny) i pojedynczej nici włókna węglowego thumb|250px|Przykładowy schemat materiału kompozytowego Materiał kompozytowy (kompozyt) – materiał o strukturze niejednorodnej, złożony z dwóch lub więcej komponentów (faz) o różnych właściwościach. Właściwości kompozytów nie są sumą ani średnią właściwości ich składników. Najczęściej jeden z komponentów stanowi lepiszcze, które gwarantuje spójność, twardość i elastyczność, a drugi (tak zwany komponent konstrukcyjny) zapewnia materiałowi odpowiednią odporność na ściskanie i rozciąganie.

Budowa i właściwości Wiele kompozytów wykazuje anizotropię właściwości fizycznych. Obejmuje to również cechy niemechaniczne, czego przykładem jest polaroid, znajdujący komercyjne zastosowanie ze względu na swoje anizotropowe właściwości elektrooptyczne.

Do najczęściej stosowanych komponentów konstrukcyjnych należą włókna (m.in. włókno szklane, kwarc, azbest czy węglowe), nadające materiałowi dużą wytrzymałość na rozciąganie. Jako lepiszcza powszechnie stosuje się żywice syntetyczne oparte na poliestrach, polieterach (epoksydach), poliuretanach oraz żywicach silikonowych.

Historia Materiały kompozytowe stosowane są od starożytności. Przykładem jest chińska laka, używana do wyrobu naczyń i mebli co najmniej od V w. p.n.e., którą otrzymywano przez przesycanie warstw papieru i tkanin samoutwardzalnym sokiem z sumaka rhus. Innym powszechnie i wcześnie stosowanym kompozytem jest drewniana sklejka.

Współczesny rozwój tych materiałów rozpoczął się po opanowaniu technologii produkcji żywic syntetycznych, stanowiących podstawę wytwarzania laminatów. Jednym z pierwszych kompozytów tego typu był bakelit (przedstawiciel fenoplastów). Zwiększone zapotrzebowanie na lekkie i wytrzymałe materiały zastępujące stal i inne metale w przemyśle lotniczym, kosmicznym i motoryzacyjnym w trakcie i po II wojnie światowej znacząco przyspieszyło rozwój technologii kompozytowych.

Klasyfikacja i rodzaje thumb|250px|Ceramiczno-stalowa płyta izolacyjna Ze względu na pochodzenie kompozyty dzieli się na naturalne oraz zaprojektowane i wytwarzane sztucznie. Biorąc pod uwagę przeznaczenie, wyróżnia się kompozyty o szczególnych właściwościach fizykochemicznych oraz kompozyty konstrukcyjne. Podział ze względu na rodzaj osnowy obejmuje z kolei materiały o osnowie niemetalicznej (polimerowej, ceramicznej, półprzewodnikowej) oraz metalicznej.

Do głównych rodzajów kompozytów należą: kompozyty strukturalne – charakteryzujące się ciągłą strukturą komponentów konstrukcyjnych w formie warstw (np. sklejka), prętów (np. żelbet) lub regularnych układów trójwymiarowych (np. o strukturze plastra miodu). laminaty (kompozyty włókniste i polimerowe FRP) – składające się z włókien zatopionych w lepiszczu. W zależności od ich uporządkowania wyróżnia się taśmy jednokierunkowe, tkaniny kompozytowe (włókna ułożone prostopadle w dwóch kierunkach) oraz maty z włóknami krótkimi i nieuporządkowanymi (np. pykret). mikrokompozyty i nanokompozyty – materiały, w których struktura składników zorganizowana jest już na poziomie nadcząsteczkowym. Występują one naturalnie w przyrodzie (np. drewno zbudowane z włókien celulozowych spajanych ligniną). Prowadzone są również badania z zakresu nanotechnologii nad ich sztucznym wytwarzaniem. stopy strukturalne – oparte na bardzo regularnej mikrostrukturze połączenia stopów metali, polimerów oraz metali z niemetalami (np. stal damasceńska, duraluminium). kompozyty o osnowie metalicznej (cermetale) – materiały, w których krucha faza ceramiczna łączona jest z ciągliwym spoiwem metalicznym w celu zwiększenia odporności na kruche pękanie. Przykładem jest kompozyt WC-Co (węgliki spiekane), złożony z ziaren węglika wolframu spojonych metalicznym kobaltem, stosowany m.in. w narzędziach skrawających i powłokach odpornych na ścieranie. Ich odmianą są kompozyty umacniane cząstkami diamentu, łączące jego odporność na ścieranie z odpornością na pękanie osnowy węglikowo-kobaltowej.

Kompozyty betonowe mały|Przełam próbki kompozytu betonowego (UHPFRC) z widocznym zbrojeniem w postaci mikrowłókien, które podnoszą wytrzymałość materiału na rozciąganie i ograniczają pękanie Kompozyty betonowe łączą tradycyjny beton z dodatkiem włókien polimerowych, szklanych lub węglowych. Zbrojenie to podnosi odporność materiału na pękanie oraz zmiany temperatury, ograniczając jednocześnie jego skurcz. Płynność mieszanki zapewnia dodatek superplastyfikatorów. Dla podwyższenia wytrzymałości na rozciąganie stosuje się mikrowłókna stalowe, których zawartość może wynosić do 10% objętości (co odpowiada ok. 30% udziału masowego w gotowym materiale).

Ograniczenie porowatości stwardniałego kompozytu uzyskuje się poprzez redukcję wymiarów ziaren wypełniacza oraz zastosowanie silnie rozdrobnionego spoiwa cementowego, co zmniejsza ilość wolnych przestrzeni w mieszaninie, poprawia odporność korozyjną i chroni zbrojenie strukturalne przed niszczeniem. Osiągnięcie odpowiedniej wytrzymałości kompozytów mineralnych wymaga użycia spoiw o wysokich parametrach, obniżenia wskaźnika wodno-spoiwowego oraz szczelnego wypełnienia przestrzeni międzyziarnowych drobnym, aktywnym wypełniaczem w celu maksymalizacji jednorodności tworzywa.

Zastosowanie aktywnego chemicznie kruszywa o rozwiniętej powierzchni (np. klinkieru portlandzkiego) przyspiesza początkowy przyrost cech wytrzymałościowych kompozytu mineralnego, choć w dłuższym okresie parametry te mogą ustępować kompozytom na bazie piasku kwarcowego. Zastąpienie części cementu portlandzkiego zmielonym żużlem wielkopiecowym modyfikuje mikrostrukturę, przynosząc korzyści ekonomiczne i ekologiczne oraz sprzyjając podniesieniu wytrzymałości na zginanie podczas długiego dojrzewania. Obecność agresywnego środowiska siarczanowego prowadzi do powiększania porów kapilarnych w stwardniałym kompozycie mineralnym, co jest bezpośrednio związane z procesem krystalizacji ettringitu.

Zastosowanie mały|Minisamolot Rutan VariEze zbudowany z materiału kompozytowego Materiały kompozytowe znajdują szerokie zastosowanie jako materiały konstrukcyjne, m.in. w: lotnictwie i astronautyce (elementy samolotów, szybowców, wirników śmigłowców, rakiet, statków kosmicznych i sztucznych satelitów), przemyśle środków transportu (karoserie samochodów i wagonów kolejowych, resory, zderzaki, okładziny hamulcowe), budownictwie (konstrukcje betonowe, żelbetowe, mostowe, rury, obudowy kanałów, wieże wiatrowe i latarnie morskie), przemyśle stoczniowym i morskim (kadłuby łodzi, jachtów, kutrów, okrętów wojennych), medycynie (m.in. w stomatologii oraz produkcji implantów), produkcji części maszyn, aparatury chemicznej, zbiorników i sprzętu sportowego (narty, tyczki, oszczepy).

Kompozyty konstrukcyjne i mineralne mały|Zintegrowana z blatem umywalka wykonana z odlewu mineralnego. Kompozyty tego typu wypierają tradycyjne materiały w branży sanitarnej dzięki dużej swobodzie formowania, trwałości i odporności na uszkodzenia. Kompozyty konstrukcyjne stanowią grupę materiałów o wysokich parametrach wytrzymałościowych, które osiąga się dzięki precyzyjnemu doborowi komponentów pod kątem wymagań technicznych danej konstrukcji. W architekturze wnętrz oraz przy produkcji przedmiotów codziennego użytku (np. w branży sanitarnej) wykorzystywane są kompozyty i odlewy mineralne. Charakteryzują się one podwyższoną masą własną, trwałością oraz stabilnością konstrukcji. Pod względem fizycznym wykazują większą odporność na uszkodzenia mechaniczne i zarysowania w porównaniu do powszechnie stosowanych tworzyw sztucznych (np. akrylu). Dodatkowo kompozyty mineralne cechują się właściwościami termoizolacyjnymi, co w przypadku armatury łazienkowej (np. wanien) powoduje wolniejsze stygnięcie wody.

Stomatologia mały|Światłoutwardzalny kompozyt stomatologiczny w postaci pasty Materiały złożone stosowane są powszechnie jako wypełnienia stałe w stomatologii. Wyróżnia się wśród nich kompozyty makrocząsteczkowe, mikrocząsteczkowe oraz hybrydowe. Składają się z trzech podstawowych elementów: fazy organicznej (matrycy) – płynnej żywicy (najczęściej Bis-GMA), która pełni funkcję spoiwa i zawiera substancje inicjujące, aktywatory, stabilizatory hamujące samoistną polimeryzację, inhibitory oraz pigmenty, fazy nieorganicznej – wypełniacza mineralnego lub organiczno-mineralnego (np. kwarc, krzemionka, krzemian litowo-glinowy, szkło), decydującego o fizykochemicznych parametrach plomby, substancji wiążącej – w postaci silanu winylu, zapewniającego trwałe połączenie matrycy z wypełniaczem.

Do właściwości technicznych współczesnych kompozytów stomatologicznych należą m.in. zjawisko adhezji do szkliwa, wysoka odporność na ściskanie, możliwość doboru odpowiedniej barwy oraz kontrastowa widoczność na zdjęciach rentgenowskich.

Przypisy