Kompozyt

Kompozyt, czyli materiał kompozytowy, to materiał złożony z co najmniej dwóch składników o różnych właściwościach fizycznych lub chemicznych, między którymi występują wyraźne granice. Połączenie składników pozwala uzyskać właściwości inne niż właściwości każdego z nich osobno, np. korzystniejszy stosunek wytrzymałości lub sztywności do masy.

W typowym ujęciu kompozyt składa się z osnowy (matrycy), która spaja i przenosi obciążenia między składnikami, oraz fazy wzmacniającej, najczęściej w postaci włókien, cząstek lub warstw. O właściwościach wyrobu decydują m.in. rodzaj osnowy, rodzaj i udział zbrojenia, orientacja włókien, jakość połączenia osnowa–zbrojenie oraz równomierność rozmieszczenia fazy wzmacniającej.

Kompozyty polimerowe

W branży tworzyw szczególne znaczenie mają kompozyty polimerowe, w których osnową jest tworzywo termoplastyczne albo żywica chemoutwardzalna. Jako zbrojenie stosuje się m.in. włókna szklane, węglowe, aramidowe, bazaltowe, poliamidowe, polipropylenowe, borowe, metalowe, a także włókna naturalne, takie jak sizal czy juta. Oprócz osnowy i zbrojenia kompozyty mogą zawierać również wypełniacze, materiały rdzeniowe, dodatki funkcjonalne oraz warstwy lub wykończenia powierzchniowe.

Przykładem kompozytu na osnowie żywicy poliestrowej jest BMC (Bulk Molding Compound), czyli tłoczywo poliestrowe zawierające m.in. żywicę, składniki proszkowe i cięte włókno, najczęściej szklane. W nowoczesnych rozwiązaniach coraz większą rolę odgrywają także kompozyty termoplastyczne, np. arkusze lub płyty wzmacniane włóknami ciągłymi, długimi albo ciętymi oraz taśmy UD z jednokierunkowym zbrojeniem ciągłym.

Rodzaje

• kompozyty włókniste – wzmacniane włóknami ciągłymi, długimi lub ciętymi, np. szklanymi, węglowymi, aramidowymi albo bazaltowymi;
• laminaty i kompozyty warstwowe – zbudowane z warstw materiałów o określonej orientacji i funkcji;
• kompozyty cząsteczkowe – zawierające rozproszone cząstki fazy wzmacniającej lub napełniającej;
• mikrokompozyty i nanokompozyty – w których istotną rolę odgrywa skala i rozproszenie fazy wzmacniającej;
• kompozyty strukturalne – stosowane w elementach nośnych i konstrukcyjnych, np. w lekkich konstrukcjach transportowych.

Wytwarzanie i przetwórstwo

Sposób wytwarzania kompozytu zależy od rodzaju osnowy. W przypadku żywic chemoutwardzalnych kompozyt często powstaje równocześnie z formowaniem wyrobu: zbrojenie i kompozycja żywicy z utwardzaczem są łączone w formie, a po utwardzeniu otrzymuje się gotowy element wymagający zwykle jedynie obróbki wykończeniowej. Stosowane są metody ręczne i maszynowe, a także procesy takie jak RTM, infuzja, prasowanie czy formowanie tłoczne.

W przypadku kompozytów termoplastycznych często najpierw wytwarza się półwyrób, np. granulat z ciętym włóknem, arkusz, płytę lub taśmę, a następnie przetwarza go metodami typowymi dla termoplastów. Przykładami są formowanie wtryskowe, formowanie tłoczne, formowanie hybrydowe z obtryskiem wkładki kompozytowej oraz laserowo wspomagane układanie taśm. Osnowa termoplastyczna może ułatwiać produkcję seryjną i recykling mechaniczny w porównaniu z wieloma systemami termoutwardzalnymi.

Właściwości i zastosowania

Najważniejszą zaletą kompozytów jest możliwość projektowania właściwości materiału przez dobór osnowy, zbrojenia i jego ułożenia. Kompozyty mogą łączyć małą masę z wysoką wytrzymałością i sztywnością, dobrą trwałością, odpornością na pełzanie, właściwościami tłumiącymi lub odpornością chemiczną. W wielu zastosowaniach pozwalają ograniczyć masę elementu, co przekłada się na niższe zużycie materiału i energii w eksploatacji.

Materiały kompozytowe są stosowane m.in. w przemyśle lotniczym, motoryzacyjnym, kolejowym, obronnym, energetycznym, budowlanym, sportowym, medycznym i elektronicznym. Wykorzystuje się je w elementach konstrukcyjnych pojazdów, dronów i statków powietrznych, w komponentach budowlanych, zbiornikach ciśnieniowych, sprzęcie sportowym, aparaturze elektrycznej, oprzyrządowaniu oraz wyrobach wytwarzanych z użyciem druku 3D.