複合材料の起源は歴史のはるか昔にさかのぼります。最も一般的な人工のコンポジットは、建設用のレンガを作るための藁と泥の組み合わせでした。別の例は、セメントと砂利を組み合わせたコンクリートです。より最近の複合材料は、混合物を一緒に保持するための樹脂またはマトリックスとしてのポリマーと、強化材料としての様々な繊維とを使用している。これらのポリマー複合材料は、多くの現代の製品の性能を向上させました。
マトリックス
マトリックスの目的は、応力が材料全体に分散されるように強化材の繊維を互いに結合することである。樹脂マトリックスはまた、補強材料を損傷から保護する硬い表面を形成する。ポリマーマトリックス材料は、熱硬化性樹脂と熱可塑性樹脂の2種類があります。熱硬化性マトリックスは、樹脂の不可逆的な化学硬化作用によって形成され、非晶質混合物を形成する。熱硬化性樹脂は、耐高温性、耐溶剤性、寸法安定性に優れています。
熱可塑性樹脂は、処理温度に加熱しそして製品を所望の形状に成形することにより形成される。それらは非常に高い粘度を有し、それらを製造することをより困難にする。熱可塑性樹脂は、熱硬化性複合材料と比較して、ひび割れや衝撃による損傷に対する耐性が高いです。
繊維
繊維強化材の役割は複合材料に強度と剛性を加えることです。補強材は3つの形で来ます：粒子、連続繊維および不連続繊維。初期の補強材は藁、麻、ガラスでした。 1940年代に、製造業者は航空機の船体に使用できる強力な複合材料を作るために炭素繊維とガラス繊維をポリマープラスチックと組み合わせることを始めました。
力
ポリマー複合材料の重要な利点は、それらの高い引張強度対重量比である。ポリアラミド繊維を含む複合材料は、ポンド単位でスチールの5倍の強度があります。これらの複合材料中の繊維は、材料全体に応力を分散させる多方向パターンで製造工程中に配置することができる。しかしながら、これらの材料は低い圧縮強度を有し、それはそれらが突然の急激な力の下で容易に破断する可能性があることを意味する。完成したポリマー複合材料は滑らかな表面を有することになり、航空機内の空気力学的抗力を減少させるのに有用となる。
弾力性
ポリマー複合材料は化学的腐食、引っかき傷、錆および海水に対する優れた耐性を有する。これらの特徴は、航空機の船体、自転車部品、軍用車両、列車およびボートにおける用途をもたらした。耐久性があるため、低コストの複合材はバスや地下鉄の座席、壁、床に使用されています。
費用
ポリマー複合材料を製造しそしてそれらを有用な製品に成形するためのコストは、主な欠点である。ポリマー複合材料は、レイアップとして知られる面倒なプロセスによって製造され、生産速度が遅くなり、大量生産のために製品の費用対効果が低くなります。最新のポリマー複合材料も同様に製造コストが高い。これらの先進的な製法は、労働のためのより高価な訓練とより高度な環境および健康への配慮を必要とします。
ポリマー複合材料は、より安価な製造方法およびより優れた強度および耐久性特性を有するより優れた配合物を用いて長年にわたって開発を続けてきた。科学者が樹脂と強化材料の関係についてさらに学ぶにつれて、ポリマー複合材料の用途は日々の製品でより多くの用途を見いだすでしょう。より強くそしてより軽い複合材料は、以前は不可能と考えられていた輸送、ボートおよび他の製品におけるより経済的な用途への道を見つけるでしょう。
