Co to jest kompozyt?

Choć kompozyt kojarzy się z nowoczesnością, najstarsze tego rodzaju materiały powstały wiele wieków temu. Do najbardziej znanych przedstawicieli należy słynna laka chińska, która służyła do wyrobu mebli i zastawy – była znana już pięćset lat przed naszą erą!

Innym, równie popularnym kompozytem, który odnajdziesz na kartach historii, jest stal damasceńska, z której powstawały najlepsze średniowieczne egzemplarze broni białej. Co łączy papierowo-żywiczne tworzywo ze stopem metali? Czym właściwie są materiały kompozytowe?

Charakterystyka kompozytu wychodzi od założenia, że jest on mieszanką dwóch lub większej ilości komponentów – stąd też jego nazwa. Struktura takiego połączenia jest niejednorodna, co oznacza, że zazwyczaj (choć nie zawsze) składniki można rozpoznać gołym okiem.

Ideą powstania materiału kompozytowego jest zsumowanie najlepszych cech elementów składowych. Udany kompozyt to takie połączenie, które charakteryzuje się lepszymi parametrami, niż każda z pierwotnych substancji z osobna.

Kompozyt należy do najważniejszych osiągnięć inżynierii materiałowej. Bezcenną zaletą tej grupy tworzyw jest połączenie cech, które nie występują ze sobą w naturalnych surowcach. Mowa tu przede wszystkim o bardzo dużej wytrzymałości, która idzie w parze z niewielkim ciężarem i zoptymalizowaną gęstością. Materiały pozyskiwane z przyrody zwykle łączą trwałość ze znaczną wagą, zaś lekkość i niska gęstość, to cechy surowców łamliwych lub łatwo ulegających biodegradacji.

Budowa kompozytu

Zgodnie z założeniami, które wynikają z podstawowej definicji, kompozyt jest stworzonym przez człowieka materiałem, który zawiera przynajmniej dwa składniki o różnych właściwościach fizykochemicznych.

Budowa kompozytu nie jest jednorodna – przekrój uwidacznia warstwy nazywane przez profesjonalnych inżynierów fazami. Istotną cechą struktury materiału kompozytowego jest równomierne rozłożenie wszystkich składowych substancji w całej objętości – to oznacza, że wszystkie fazy przebiegają równolegle przez całą płytę lub bryłę tworzywa.

Kompozyt o najprostszej budowie to materiał złożony z dwóch faz. Głębsza, zanurzona warstwa, zazwyczaj pełni rolę zbrojenia i charakteryzuje się wysokimi parametrami wytrzymałościowymi pod kątem ciężaru. Faza zewnętrzna pełni rolę osnowy, a więc najczęściej do jej zalet należy odporność na działanie czynników atmosferycznych oraz drobnych uszkodzeń mechanicznych, takich jak zarysowania, wgniecenia lub ścieranie. Najpopularniejsze rodzaje osnowy to materiały polimerowe, ceramiczne i metalowe.

Wśród specjalistów inżynierii materiałowej panuje przekonanie, że łączone ze sobą substancje mogą być każdego rodzaju. Możliwe jest nie tylko stworzenie mieszaniny materiałów z tej samej kategorii, ale przede wszystkim krzyżowanie różnorodnych składników. Kompozyt może powstać między innymi z materiałów pochodzenia organicznego (drewno, szkło, polimery), metali lub ceramiki.

Zaprojektowanie prostego kompozytu jest na tyle łatwe, że wiele tego typu zadań można powierzyć odpowiednio zaprogramowanemu komputerowi. Jednak materiały, wobec których mamy najwyższe oczekiwania, wymagają nieraz całego zespołu inżynierów, którzy przez długi czas zastanawiają się nad najlepszym rozwiązaniem i testują obiecujące koncepcje. Aby kompozyt dobrze się sprawdzał w przewidzianej dla niego funkcji, materiały składowe powinny spełniać kilka warunków.

Przede wszystkim składniki muszą być pod względem fizykochemicznym kompatybilne – a więc zdolne do współpracy. Ważne jest również to, by ich synergia opierała się na kluczowych zaletach poszczególnych faz. To oznacza, że materiały nie powinny stracić swoich pozytywnych właściwości w wyniku zespolenia z innymi.

Najtrudniejszym problemem dla inżynierów projektujących kompozyty jest stworzenie takiego połączenia, które w maksymalny sposób wykorzysta parametry składników.

Właściwości kompozytów

Przestawienie konkretnych parametrów jest niezwykle trudne ze względu na różnorodność substancji składowych, z których powstają docelowe materiały kompozytowe. Charakterystyka tych tworzyw jako grupy sprowadza się do wskazania najważniejszych reguł.

Właściwości kompozytów powinny być co najmniej sumą cech charakteryzujących materiały składowe. Tę zasadę inżynierowie zapisują jako równanie, które poniekąd przeczy powszechnie znanym zasadom matematyki: A + B = K – lub inaczej 2 + 2 = 6 [2].

To oznacza, że kompozyt nie tylko sumuje właściwości składników, ale również w najlepszej możliwej sytuacji zyskuje zupełnie nowe korzystne parametry, których osobno nie posiada żadna z faz.

To, jakie cechy powinien posiadać kompozyt, zwykle zależy od przewidzianego zastosowania. Uniwersalną zaletą jest trwałość struktury, a także odporność wierzchniej fazy na uszkodzenia mechaniczne, na przykład zadrapania, przetarcia lub wgniecenia. Niektóre mieszanki są zdolne dźwigać olbrzymi ciężar, inne świetnie znoszą wilgoć lub są odporne na wysoką temperaturę. Szerokie spektrum zastosowania materiałów kompozytowych wymusza różnorodność ich właściwości.

Rodzaje kompozytów

Niezliczone materiały kompozytowe dzielą się przede wszystkim ze względu na rodzaj zbrojenia i osnowy, jednak po tak obfitej dawce specjalistycznej wiedzy, pora przejść do konkretów – poznaj najpopularniejsze rodzaje kompozytów! W tym fragmencie artykułu weźmiemy pod lupę te materiały, z którymi możesz spotkać się na co dzień – zwłaszcza w swoim własnym domu. Następnie omówimy ich zastosowanie.

Do najpopularniejszych materiałów kompozytowych zaliczają się:

• sklejka,
• płyta OSB,
• płyta MDF,
• panele podłogowe,
• deska kompozytowa,
• laminaty mineralne,
• beton,
• tworzywo szklano-ceramiczne.

Rodzaje komozytów

Spośród wymienionych materiałów największą grupę stanowią drewnopochodne kompozyty – zastosowanie tego rodzaju tworzyw jest w najczęstsze w budownictwie i aranżacji budynków mieszkalnych. Ze względu na wszechstronność dużą popularnością cieszy się również beton. Z kolei wyjątkowe właściwości szkła, jako składnika materiałów kompozytowych, pozwalają na wykorzystanie tego typu mieszanek do zadań specjalnych.

Kompozyty – zastosowanie w Twoim domu

Do czego warto wykorzystać materiały kompozytowe? Zebraliśmy dla Ciebie garść informacji o najważniejszych właściwościach wskazanych wyżej tworzyw oraz ich kluczowych zastosowaniach w obrębie gospodarstwa domowego.

Sklejka, płyta OSB i MDF – meble i nie tylko

To najczęściej stosowane tworzywa drewnopochodne. Sklejka, inaczej dykta, to materiał powstały poprzez sklejenie krzyżujących się warstw drewna sosnowego, olchowego lub brzozowego. Główną zaletą sklejki jest łatwość jej modelowania w wysokiej temperaturze, dzięki czemu można z niej wykonać meble o interesującej geometrii.

Nieco szersze jest zastosowanie płyt OSB i MDF. Pierwsza z nich wyróżnia się trwałością i może być stosowana do prac konstrukcyjnych – więcej informacji znajdziesz w artykule Płyty OSB – rodzaje i zastosowanie. Z kolei MDF przybiera liczne postacie – dlatego najczęściej służy do aranżacji wnętrz. Jeżeli szukasz ciekawych i nowoczesnych inspiracji, sprawdź panele 3D z płyty MDF.

Panele podłogowe – funkcjonalna klasyka

Panele charakteryzują się nie tylko różnorodną estetyką. Ten wielowarstwowy materiał zachwyca również parametrami wytrzymałościowymi. Dlaczego warto wybrać panele laminowane? Choć wyglądają jak surowe drewno, tak naprawdę opierają się na połączeniu kilku kompozytów.

Rdzeniem panelu jest zazwyczaj płyta MDF lub HDF (o zwiększonej twardości) położona na stopie celulozowo-żywicznym. Powierzchnię chroni laminat mineralny, który charakteryzuje się odpornością na uszkodzenia mechaniczne.

Deska kompozytowa – na taras i do ogrodu

To nowoczesne rozwiązanie, które najczęściej znajduje zastosowanie w aranżacji ogrodu i tarasu. Tworzywo powstałe z drewna i polimeru wyróżnia się odpornością na wilgoć i biodegradację – nie wymaga impregnacji i jest łatwe do utrzymania w czystości. Sprawdź, dlaczego warto wybrać deskę kompozytową na taras i wybierz idealny model.

Laminaty mineralne – nowoczesne zlewozmywaki

O tego rodzaju kompozytach wspomnieliśmy już przy okazji paneli, jednak laminaty mineralne mają wiele innych zastosowań. Tego typu połączenie charakteryzuje się odpornością na działanie wilgoci oraz różnego rodzaju uszkodzenia mechaniczne, dlatego świetnie sprawdza się w kuchni. Czasem laminat mineralny służy do wytworzenia blatów, jednak zazwyczaj powstają z niego zlewozmywaki granitowe.

Połączenie trwałego minerału z żywicą epoksydową wyróżnia się nie tylko świetnymi parametrami wytrzymałościowymi, ale także niebywałymi walorami estetycznymi. Zlewozmywak o wyglądzie litego kamienia to doskonałe uzupełnienie dla każdej aranżacji – zarówno klasycznej, jak i współczesnej.

Zlewozmywak kompozytowy ising 1-komorowy z ociekaczem czarny
Zlewozmywak kompozytowy ising 1-komorowy z ociekaczem biały

Beton – uniwersalny materiał budowlany

Beton jest materiałem stworzonym przede wszystkim z kruszywa i cementu. Ten „sztuczny kamień” znany był już w starożytności. Kompozyt można dodatkowo wzmocnić stalowym zbrojeniem – tego rodzaju strukturę nazywamy żelazobetonem albo w skrócie żelbetem. To uniwersalny materiał budowlany, który służy przede wszystkim do prac konstrukcyjnych.

Tworzywo szklano-ceramiczne – kuchenki indukcyjne

Kompozyt szklano-ceramiczny jest tworzywem niezwykle odpornym na gorąco oraz szok termiczny, dlatego doskonale sprawdza się do produkcji płyt indukcyjnych. Szybkie nagrzewanie powierzchni nie spowoduje popękania materiału. Z kolei dodatek minerałów zwiększa wytrzymałość na uszkodzenia mechaniczne związane z ciężarem naczyń.