מהי ההגדרה של חומר מורכב?

מוגדר באופן רופף, מורכב הוא שילוב של שני חומרים שונים או יותר שמביא למוצר מעולה (לעיתים חזק יותר). בני אדם יוצרים מרוכבים במשך אלפי שנים לבניית הכל, ממקלטים פשוטים ועד מכשירים אלקטרוניים משוכללים. בעוד שהמורכבים הראשונים היו עשויים מחומרים טבעיים כמו בוץ וקש, המרוכבים של ימינו נוצרים במעבדה מחומרים סינתטיים. ללא קשר למוצאם, מרוכבים הם אלה שהפכו את החיים כפי שאנו מכירים אותם.

ארכיאולוגים אומרים כי בני האדם משתמשים בחומרים מרוכבים לפחות 5,000 עד 6,000 שנה. במצרים העתיקה, לבנים עשויים בוץ וקש כדי לתפוס ולחזק מבני עץ כמו מבצרים ומונומנטים. בחלקים מאסיה, אירופה, אפריקה ויבשת אמריקה, תרבויות ילידות בונות מבנים מוואטל (קרשים או רצועות עץ) ודאוב (מורכב מבוץ או חימר, קש, חצץ, סיד, חציר ועוד) חומרים).

ציוויליזציה מתקדמת נוספת, המונגולים, היו גם הם חלוצים בשימוש בחומרים מרוכבים. החל משנת 1200 A.D. הם החלו לבנות קשתות מחוזקות מעץ, עצם ודבק טבעי, עטופות קליפת עץ ליבנה. אלה היו הרבה יותר חזקים ומדויקים מאשר קשתות עץ פשוטות, ועזרו לאימפריה המונגולית של ג'ינגיס חאן להתפשט ברחבי אסיה.

העידן המודרני של מרוכבים החל במאה העשרים עם המצאתם של פלסטיקה מוקדמת כמו בקליט וויניל וכן מוצרי עץ מהונדסים כמו דיקט. קומפוזיט חיוני נוסף, פיברגלס, הומצא בשנת 1935. זה היה הרבה יותר חזק מאשר מרוכבים קודמים, ניתן היה לעצב אותו ולעצב אותו, והיה קל משקל ועמיד במיוחד.

מלחמת העולם השנייה מיהרה להמציא עוד יותר חומרים מרוכבים שמקורם בנפט, שרבים מהם עדיין בשימוש כיום, כולל פוליאסטר. בשנות ה -60 של המאה העשרים הציגו רכבים מרוכבים עוד יותר מתוחכמים, כמו קבלר וסיבי פחמן.

כיום השימוש ב- מרוכבים התפתח כדי לשלב בדרך כלל סיבים מבניים ופלסטיק, זה מכונה סיבים פלסטיניים מחוזקים או FRP בקיצור. בדומה לקש, הסיבים מספקים את המבנה והחוזק של המורכב, ואילו פולימר פלסטי מחזיק את הסיבים יחד. סוגים נפוצים של סיבים המשמשים בתרכובות FRP כוללים:

• פיברגלס
• סיבי פחמן
• סיבי ארמיד
• סיבי בורון
• סיבי בזלת
• סיבים טבעיים (עץ, פשתן, קנבוס וכו ')

במקרה של פיברגלסמאות אלפי סיבי זכוכית זעירים מורכבים זה בזה ומוחזקים בצורה נוקשה על ידי שרף פולימר מפלסטיק. שרפים פלסטיים נפוצים המשמשים במרכיבים כוללים:

• אפוקסי
• ויניל אסתר
• פוליאסטר
• פוליאוריתן
• פוליפרופילן

הדוגמה הנפוצה ביותר למרכיב היא בטון. בשימוש זה, המוטות הפלדה המבנית מספקים את חוזק והקשיחות לבטון, ואילו המלט המרפא מחזיק את המזרק נייח. Rebar לבדו היה מתכווץ יותר מדי ומלט לבדו היה מתפצח בקלות. עם זאת, בשילוב ליצירת קומפוזיט נוצר חומר קשיח במיוחד.

החומר המורכב המקושר לרוב למונח "מורכב" הוא פלסטיקה מחוזקת בסיבים. סוג זה של מרוכבים נעשה שימוש נרחב במהלך חיי היומיום שלנו. שימושים יומיומיים נפוצים של מרוכבים מפלסטיק מחוזק סיבים כוללים:

• מטוסים
• סירות ימיות
• ציוד ספורט (פירי גולף, מחבטי טניס, גלשנים, מקלות הוקי וכו ')
• רכיבי רכב
• להבי טורבינת רוח
• שריון גוף
• חומרי בנייה
• צינורות מים
• גשרים
• ידיות כלי
• מסילות סולם

לחומרים מרוכבים מודרניים יש מספר יתרונות על פני חומרים אחרים כמו פלדה. אולי והכי חשוב, מרוכבים קלים הרבה יותר במשקל. הם גם מתנגדים לקורוזיה, הם גמישים ועמידים בשיניים. זה, בתורו, פירושו שהם דורשים פחות תחזוקה ויש להם אורך חיים ארוך יותר מחומרים מסורתיים. חומרים מורכבים הופכים את המכוניות לקלות יותר ולכן חסכוניות יותר בדלק, הופכים את שריון הגוף לעמיד יותר לכדורים ויוצרים להבי טורבינה שיכולים לעמוד בלחץ של מהירויות רוח גבוהות.

מקורות

• צוות חדשות ה- BBC. "ממציא קברל סטפני קווולק מת." BBC.com. 21 ביוני 2014.
• מחלקת עובדי האנרגיה. "9 הדברים המובילים שלא ידעת לגבי סיבי פחמן." Energy.gov. 29 במרץ 2013.
• צוות החברה המלכותית לכימיה. "חומרים מרוכבים." RSC.org.
• וילפורד, ג'ון נובל. "השבת מחווה לבני בוץ למלך מצרי עזוב." NYTimes.com. 10 בינואר 2007.