Komposiitteja

Komposiitit ovat materiaaleja, joissa kaksi tai useampi perusaine yhdistyvät muodostaen uuden materiaalin, jonka ominaisuudet poikkeavat muodostavista osista. Yleisin ratkaisu on matriisi, joka antaa muodon ja siirtää kuormaa, sekä vahvistus, joka parantaa lujuutta ja jäykkyyttä. Vahvistus voi olla kuituja, hiukkasia tai muita pitkittäisiä aineita. Tyypillisiä vahvistusmateriaaleja ovat lasi-, hiili- ja aramidikuitut sekä mineraalikuidut.

Päätyypit ja sovellukset jakaantuvat seuraavasti: polymeri-matrix-komposiitit (PMC) koostuvat polymeerimateriaalista matriisina ja vahvistuksesta, ja niitä käytetään laajasti autoteollisuudessa, ilmailussa ja urheiluvälineissä. Metallimatriisikomposiitit (MMC) yhdistävät metallimatriisin ja koviin vahvistusmateriaaleihin, tarjoten hyvän lujuuden ja lämmönkestävyyden. Keraamiset-matriisikomposiitit (CMC) käyttävät keraamista matriisia ja vahvistusta, ja ne ovat usein erittäin kuumuudenkestäviä, soveltuen esimerkiksi korkeatehoisiin leikkaus- ja moottorirakenteisiin.

Valmistusmenetelmät vaihtelevat: laminaatiot, joissa kerrokset liimataan yhteen; ruiskuvaletut polymeerikomposiitit; resin transfer molding (RTM) ja vakuumilla täytetyt järjestelmät; pultruusio sekä infiltraatio- ja kontrollikierroksiset prosessit. Prosessit vaikuttavat lopullisiin ominaisuuksiin, kuten tiiviyteen, huokosiin ja jäykkyyteen.

Ominaisuudet ja käyttöalat: komposiitit tarjoavat hyvän lujuuden ja jäykkyyden suhteessa massaan, korkean kestävyyden kemikaaleille sekä mahdollisuuden suunnitella komponentteja muodollisesti. Ne ovat tärkeitä ilmailussa, autoteollisuudessa, urheiluvälineissä sekä rakennusalalla, erityisesti keveisiin, mutta vahvoihin rakenteisiin.

Haasteet: tuotantokustannukset, kierrätys ja jätehuolto sekä materiaalien epäyhtenäisyydet voivat vaikeuttaa käyttöönottoa. Tutkimus keskittyy entistä parempiin kierrätettäviin järjestelmiin, kestävyyteen sekä älykkäisiin, itsensä korjaaviin komposiitteihin.