De oorsprong van composieten gaat ver terug in de geschiedenis. De meest voorkomende door de mens gemaakte composiet was de combinatie van stro en modder om bakstenen te maken voor de bouw. Een ander voorbeeld is beton, dat cement en grind combineert. Meer recente composieten gebruiken polymeren als een hars of matrix om het mengsel bij elkaar te houden en verschillende vezels als het versterkingsmateriaal. Deze polymeercomposieten hebben de prestaties van veel moderne producten verbeterd.
Matrix
Het doel van de matrix is om de vezels van de wapening aan elkaar te binden, zodat spanningen door het materiaal worden verdeeld. De harsmatrix vormt ook een hard oppervlak dat het versterkingsmateriaal beschermt tegen beschadiging. Polymeer matrixmaterialen zijn twee typen: thermoharders en thermoplasten. Een thermohardende matrix wordt gecreëerd door een onomkeerbare chemisch uithardende werking van een hars om een amorf mengsel te vormen. Thermoharders hebben een hoge temperatuurbestendigheid, goede weerstand tegen oplosmiddelen en hoge vormvastheid.
Thermoplasten worden gevormd door verwarming tot de procestemperatuur en het vormen van het product in de gewenste vorm. Ze hebben een zeer hoge viscositeit, waardoor ze moeilijker te produceren zijn. Thermoplasten hebben meer weerstand tegen scheuren en schade door impact in vergelijking met thermohardende composieten.
vezels
De rol van vezelversterking is het toevoegen van sterkte en stijfheid aan het gecombineerde materiaal. Versterking bestaat in drie vormen: deeltjes, continue vezels en discontinue vezels. Vroege verstevigingsmaterialen waren stro, hennep en glas. In de jaren 1940 begonnen fabrikanten koolstof- en glasvezels te combineren met polymere kunststoffen om een sterke composiet te maken die voor vliegtuigrompen kon worden gebruikt.
Sterkte
Een belangrijk voordeel van polymeercomposieten is hun hoge treksterkte-gewichtsverhouding. Composieten met polyaramidevezels zijn vijf keer sterker dan staal op een pond-voor-pondbasis. De vezels in deze composieten kunnen tijdens het productieproces worden gerangschikt in een patroon met meerdere richtingen dat spanningen door het materiaal verspreidt. Deze materialen hebben echter een lage druksterkte, wat betekent dat ze gemakkelijk kunnen breken onder plotselinge, scherpe krachten. Een afgewerkt polymeercomposiet heeft een glad oppervlak, waardoor het nuttig is om aerodynamische weerstand in vliegtuigen te verminderen.
Veerkracht
Polymeersamenstellingen hebben een uitstekende weerstand tegen chemische corrosie, krassen, roest en zeewater. Deze kenmerken hebben geleid tot toepassingen in vliegtuigrompen, fietsonderdelen, militaire voertuigen, treinen en boten. Vanwege hun duurzaamheid om te dragen, hebben goedkope composieten toepassingen gevonden in stoelen, muren en vloeren in bussen en metro's.
Kosten
De kosten van het maken van polymeercomposieten en het vormen daarvan tot bruikbare producten is het primaire nadeel. Polymeersamenstellingen worden vervaardigd volgens een bewerkelijk proces dat bekend staat als lay-up en productiesnelheden vertraagt, waardoor de producten minder kosteneffectief zijn voor hoge productievolumes. Geavanceerde polymeercomposieten zijn eveneens duur om te vervaardigen. Deze geavanceerde formules vereisen een duurdere training voor arbeid en meer verfijnde milieu- en gezondheidsoverwegingen.
Polymeersamenstellingen zijn zich in de loop der jaren blijven ontwikkelen met minder dure productieprocessen en betere formuleringen met betere sterkte- en duurzaamheidseigenschappen. Naarmate wetenschappers meer leren over de relaties tussen harsen en versterkingsmaterialen, zullen de toepassingen van polymeercomposieten steeds meer toepassingen in alledaagse producten vinden. Sterkere en lichtere composieten zullen hun weg vinden naar economischer gebruik in transport, boten en andere producten die voorheen niet voor mogelijk werden gehouden.
