Świat zbudowany z kompozytów - część 1

To, co charakteryzuje wszystkie kompozyty, to ich niejednorodna struktura, w której można wyróżnić co najmniej dwa składniki o różnych właściwościach fizycznych. Jeden z tych komponentów pełni funkcję materiału konstrukcyjnego, zapewniając wytrzymałość mechaniczną. Drugi z nich jest spoiwem, ale bardzo często zapewnia również sprężystość materiału. Co ciekawe, wypadkowe cechy kompozytów zazwyczaj odbiegają od właściwości charakteryzujących poszczególne składniki z osobna. 

Jeśli chodzi o budowę wewnętrzną kompozytów, to jest ona bardzo zróżnicowana. Mogą to być struktury makroskopowe takie, jak na  przykład żelbet, ale również struktury, których niejednorodność widać dopiero w skali mikro czy wręcz nano, jak chociażby produkty zawierające nanocząstki srebra. Nie ma również ograniczeń na sposób, w jaki materiały są ze sobą zespolone. Znane są kompozyty składające się z warstw (sklejka, kartoniki po napojach), zawierające włókna szklane czy węglowe (laminaty w postaci tkanin i mat) albo uporządkowane chaotycznie (beton i podobne materiały).

Odrobina historii

Wydawać by się mogło, że materiały kompozytowe to głównie wynalazki ostatnich kilkudziesięciu lat i owoc postępu technologicznego w dziedzinie chemii i fizyki. Co oczywiście nie jest prawdą, bo najwyraźniej materiały te istnieją, odkąd człowiek stał się budowniczym i architektem własnego otoczenia.

Jednym z pierwszych kompozytów wykorzystywanych w budownictwie była cegła suszona na słońcu, wyrabiana z lekkiej gliny z dodatkiem słomy lub trawy. Żadne źródła nie podają choćby przybliżonej daty wynalezienia tego materiału. Wiemy tylko tyle, że w starożytności był on bardzo popularny na Bliskim Wschodzie (a do czasów prekolumbijskich również w Ameryce Łacińskiej) i dopiero w IV w. p.n.e. zaczęła go wypierać cegła wypalana.

Znacznie lepiej udokumentowana jest historia betonu. Jako "sztuczny kamień" był wykorzystywany w budownictwie w  Asyrii, jednak dopiero około 200 r. p.n.e. rozpowszechnił się na szeroką skalę w Rzymie. Rzymscy budowniczy dodawali do niego popiół wulkaniczny, uzyskując efekt zwiększonej odporności mechanicznej. Wiele zabytków wykonanych z tego materiału dotrwało do naszych czasów. Najbardziej efektownym przykładem jest kopuła Panteonu, w całości odlana z niezbrojonego betonu.

Czasów starożytnych (i to dosyć zamierzchłych) sięga również chińska laka - materiał na bazie drewna, czasem oklejanego papierem lub płótnem, a następnie powlekanego żywicą sumaka lakowego. Sztuka zdobienia tą techniką została niemalże zapomniana na kilka tysiącleci, a następnie odrodziła się w Chinach i Japonii w czasach nowożytnych. 

Wielokrotne powlekanie drewna żywicą pozwalało na przykład na umieszczanie pomiędzy jej warstwami płatków metali szlachetnych czy podrzeźbianie poszczególnych warstw. W efekcie powstawały wyroby charakteryzujące się niezwykłym pięknem przy bardzo dużej trwałości.

Sprawdź swoją wiedzę

Zanim przejdziemy do części praktycznej, sprawdź, ile informacji o materiałach kompozytowych pamię-tasz z powyższego tekstu. Przeczytaj uważnie wszyst-kie pytania i przy każdym z nich zaznacz prawidłową odpowiedź.

1. Materiały kompozytowe to:

a) wszystkie materiały na bazie włókien;
b) wszystkie związki chemiczne zawierające węgiel;
c) materiały niejednorodne o  unikalnych właściwościach;
d) jednorodne mieszaniny dwóch lub więcej składników.

2. Kompozytem powstającym w sposób naturalny jest:
a) laka;
b) drewno;
c) sklejka;
d) beton.

3. Kompozyty znajdują zastosowanie w:
a) budownictwie;
b) technice lotniczej;
c) medycynie i stomatologii;
d) wszystkich powyższych dziedzinach.

4. Pierwsze kompozyty wynaleziono:
a) w starożytności;
b) w średniowieczu;
c) na przełomie XIX i XX wieku;
d) w XXI wieku.

Joanna Borgensztajn