Η προέλευση των σύνθετων υλικών πηγαίνει πολύ πίσω στην ιστορία. Το πιο κοινό τεχνητό σύνθετο υλικό ήταν ο συνδυασμός άχυρου και λάσπης για την κατασκευή τούβλων για κατασκευή. Ένα άλλο παράδειγμα είναι το σκυρόδεμα, το οποίο συνδυάζει το τσιμέντο και το χαλίκι. Τα πιο πρόσφατα σύνθετα υλικά χρησιμοποιούν πολυμερή ως ρητίνη ή μήτρα για να συγκρατούν το μίγμα μαζί και διάφορες ίνες ως ενισχυτικό υλικό. Αυτά τα σύνθετα πολυμερών έχουν βελτιώσει την απόδοση πολλών σύγχρονων προϊόντων.
Μήτρα
Ο σκοπός της μήτρας είναι να δεσμεύσει τις ίνες της ενίσχυσης, έτσι ώστε οι τάσεις να κατανέμονται σε όλο το υλικό. Η μήτρα ρητίνης σχηματίζει επίσης μια σκληρή επιφάνεια που προστατεύει το υλικό ενίσχυσης από βλάβη. Τα υλικά μήτρας πολυμερούς είναι δύο τύποι: θερμοσκληρυντές και θερμοπλαστικά. Μια θερμοσκληρυνόμενη μήτρα δημιουργείται με μια μη αναστρέψιμη χημική σκλήρυνση της ρητίνης για να σχηματίσει ένα άμορφο μίγμα. Τα θερμοσκληρυνόμενα έχουν ανθεκτικότητα σε υψηλή θερμοκρασία, καλή αντοχή στους διαλύτες και υψηλή σταθερότητα διαστάσεων.
Τα θερμοπλαστικά σχηματίζονται με θέρμανση στη θερμοκρασία της διαδικασίας και σχηματισμό του προϊόντος στο επιθυμητό σχήμα. Έχουν πολύ υψηλό ιξώδες, καθιστώντας τους πιο δύσκολο να παραχθούν. Τα θερμοπλαστικά έχουν μεγαλύτερη αντοχή σε ρωγμές και ζημιές από κρούση σε σύγκριση με θερμοσκληρυνόμενα σύνθετα υλικά.
Ίνες
Ο ρόλος της ενίσχυσης των ινών είναι να προσδώσουν δύναμη και ακαμψία στο συνδυασμένο υλικό. Η ενίσχυση έχει τρεις μορφές: σωματίδια, συνεχείς ίνες και ασυνεχές ίνες. Πρώιμα ενισχυτικά υλικά ήταν άχυρο, κάνναβη και γυαλί. Στη δεκαετία του 1940, οι κατασκευαστές άρχισαν να συνδυάζουν ίνες άνθρακα και γυαλιού με πολυμερή πλαστικά για να κάνουν ένα ισχυρό σύνθετο υλικό που θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για τα κύτη των αεροσκαφών.
Δύναμη
Ένα σημαντικό πλεονέκτημα των σύνθετων πολυμερών είναι ο υψηλός λόγος αντοχής σε εφελκυσμό προς βάρος. Τα σύνθετα υλικά με ίνες πολυαραμιδίου είναι πέντε φορές ισχυρότερα από το χάλυβα σε βάση λίβρας για λίβρα. Οι ίνες σε αυτά τα σύνθετα μπορούν να διευθετηθούν κατά τη διάρκεια της διαδικασίας κατασκευής σε ένα πολυκατευθυνόμενο σχέδιο το οποίο απλώνεται σε όλο το υλικό. Ωστόσο, αυτά τα υλικά έχουν χαμηλή θλιπτική αντοχή, που σημαίνει ότι μπορούν να σπάσουν εύκολα κάτω από ξαφνικές, αιχμηρές δυνάμεις. Ένα ολοκληρωμένο σύνθετο πολυμερές θα έχει μια λεία επιφάνεια, καθιστώντας χρήσιμη τη μείωση της αεροδυναμικής οπισθέλκουσας στα αεροσκάφη.
Ελαστικότητα
Τα σύνθετα πολυμερή έχουν εξαιρετική αντοχή στη χημική διάβρωση, το γρατσούνισμα, τη σκουριά και το θαλασσινό νερό. Αυτά τα χαρακτηριστικά οδήγησαν σε εφαρμογές σε σκάφη αεροσκαφών, εξαρτήματα ποδηλάτων, στρατιωτικά οχήματα, τρένα και βάρκες. Λόγω της αντοχής τους στη φθορά, τα σύνθετα χαμηλού κόστους έχουν βρει χρήσεις σε καθίσματα, τοίχους και δάπεδα σε λεωφορεία και υπόγειους δρόμους.
Δικαστικά έξοδα
Το κόστος κατασκευής σύνθετων πολυμερών και η διαμόρφωσή τους σε χρήσιμα προϊόντα είναι το κύριο μειονέκτημα. Τα σύνθετα πολυμερή κατασκευάζονται με μια επίπονη διαδικασία γνωστή ως διάταξη που επιβραδύνει τα ποσοστά παραγωγής, καθιστώντας τα προϊόντα λιγότερο αποδοτικά για τους υψηλούς όγκους παραγωγής. Τα σύνθετα σύνθετα πολυμερή είναι επίσης δαπανηρά για την κατασκευή. Αυτές οι προηγμένες φόρμουλες απαιτούν πιο δαπανηρή εκπαίδευση για εργασία και πιο εξελιγμένες περιβαλλοντικές και υγειονομικές εκτιμήσεις.
Τα σύνθετα πολυμερή συνέχισαν να αναπτύσσονται με την πάροδο των ετών με λιγότερο δαπανηρές διαδικασίες παραγωγής και καλύτερες συνθέσεις με καλύτερα χαρακτηριστικά αντοχής και ανθεκτικότητας. Καθώς οι επιστήμονες μαθαίνουν περισσότερα για τις σχέσεις μεταξύ ρητινών και ενισχυτικών υλικών, οι εφαρμογές σύνθετων πολυμερών θα συνεχίσουν να βρίσκουν περισσότερες χρήσεις σε καθημερινά προϊόντα. Τα ισχυρότερα και ελαφρύτερα σύνθετα υλικά θα βρουν το δρόμο τους σε οικονομικότερες χρήσεις σε μεταφορές, σκάφη και άλλα προϊόντα που προηγουμένως δεν θεωρήθηκαν πιθανά.
