Geschiedenis van composieten

De evolutie van lichtgewicht composietmaterialen

Sean Gallup/Getty Images Nieuws

Wanneer twee of meer verschillende materialen worden gecombineerd, is het resultaat a composiet . De eerste toepassingen van composieten dateren uit 1500 voor Christus. toen vroege Egyptenaren en Mesopotamische kolonisten een mengsel van modder en stro gebruikten om sterke en duurzame gebouwen te maken. Stro bleef oude composietproducten versterken, waaronder aardewerk en boten.

Later, in 1200 na Christus, vonden de Mongolen de eerste composietboog uit. Met behulp van een combinatie van hout-, bot- en dierenlijm werden strikken geperst en omwikkeld met berkenschors. Deze bogen waren krachtig en nauwkeurig. Samengestelde Mongoolse bogen hielpen de militaire dominantie van Genghis Khan te verzekeren.

Geboorte van het plastic tijdperk

Het moderne tijdperk van composieten begon toen wetenschappers kunststoffen ontwikkelden. Tot dan toe waren natuurlijke harsen afkomstig van planten en dieren de enige bron van lijmen en bindmiddelen. In de vroege jaren 1900 werden kunststoffen zoals vinyl, polystyreen, fenol en polyester ontwikkeld. Deze nieuwe synthetische materialen presteerden beter dan enkelvoudige harsen afkomstig uit de natuur.

Kunststoffen alleen konden echter niet voldoende sterkte bieden voor sommige structurele toepassingen. Versterking was nodig om extra sterkte en stijfheid te bieden.

In 1935 introduceerde Owens Corning de eerste glasvezel, glasvezel. Glasvezel , in combinatie met een plastic polymeer een ongelooflijk sterke structuur gecreëerd die ook licht van gewicht is. Dit is het begin van de industrie van vezelversterkte polymeren (FRP).

WWII - Vroege innovatie van composieten stimuleren

Veel van de grootste vorderingen op het gebied van composieten waren het resultaat van behoeften in oorlogstijd. Net zoals de Mongolen de composietboog ontwikkelden, bracht de Tweede Wereldoorlog de FRP-industrie van het laboratorium naar de daadwerkelijke productie.

Voor lichtgewicht toepassingen in militaire vliegtuigen waren alternatieve materialen nodig. Ingenieurs realiseerden zich al snel andere voordelen van composieten dan lichtgewicht en sterk. Er werd bijvoorbeeld ontdekt dat glasvezelcomposieten transparant waren voor radiofrequenties en het materiaal werd al snel aangepast voor gebruik in het beschermen van elektronische radarapparatuur (Radomes).

Composieten aanpassen: ruimtetijdperk aan alledaags

Tegen het einde van de Tweede Wereldoorlog was een kleine niche-composietindustrie in volle gang. Met een lagere vraag naar militaire producten probeerden de weinige vernieuwers van composieten nu ambitieus composieten op andere markten te introduceren. Boten waren een voor de hand liggend product dat profiteerde. De eerste composiet commerciële bootromp werd in 1946 geïntroduceerd.

In die tijd ontwikkelde Brandt Goldsworthy, vaak aangeduid als de grootvader van composieten, veel nieuwe productieprocessen en producten, waaronder de eerste surfplank van glasvezel, die een revolutie teweegbracht in de sport.

Goldsworthy vond ook een productieproces uit dat bekend staat als pultrusie, een proces dat betrouwbaar sterke glasvezelversterkte producten mogelijk maakt. Tegenwoordig omvatten producten die op basis van dit proces worden vervaardigd, ladderrails, gereedschapshandvatten, pijpen, pijlschachten, bepantsering, treinvloeren en medische hulpmiddelen.

Voortdurende vooruitgang in composieten

In de jaren 70 composieten industrie begon te rijpen. Er werden betere kunststofharsen en verbeterde versterkende vezels ontwikkeld. DuPont ontwikkelde een aramidevezel bekend als Kevlar, dat het product bij uitstek is geworden in kogelvrije vesten vanwege zijn hoge treksterkte, hoge dichtheid en lichtgewicht. Rond deze tijd werd ook koolstofvezel ontwikkeld; in toenemende mate heeft het onderdelen vervangen die voorheen van staal waren gemaakt.

De composietenindustrie evolueert nog steeds, waarbij een groot deel van de groei nu gericht is op hernieuwbare energie. Vooral windturbinebladen verleggen voortdurend de grenzen op het gebied van afmetingen en vereisen geavanceerde composietmaterialen.

Ergens naar uitkijken

Onderzoek naar composietmaterialen gaat door. Aandachtsgebieden zijn nanomaterialen - materialen met extreem kleine moleculaire structuren - en biogebaseerde polymeren.