Композитные материалы с каждым днем все активнее используются как в производстве и строительстве, так и в бытовых условиях. Изделия на их основе получаются долговечными и надежными, обладают небольшим весом — если сравнивать с металлическими аналогами. Стоимость их относительно невысокая за счет использования недорогих составляющих.

Чашу композитной купели также изготавливают из качественного композита. Именно благодаря ему вкладыш получается таким прочным и устойчивым к внешним воздействиям. И это — только один из тысяч успешных примеров применения композитных материалов.

Что они из себя представляют? В чем их преимущества? И какое применение находят различные виды композитных Fматериалов в бытовых условиях? Читайте в статье.

Из истории композита

Композитный, или композиционный, материал представляет собой комбинацию нескольких компонентов, которые отличаются друг от друга определенными физическими, химическими, технологическими и механическими свойствами. В результате такого сочетания появляется материал с совершенно новыми характеристиками, которые не похожи на свойства его составляющих. Меняя сочетание компонентов, их количественное соотношение и объем, можно получить комбинацию с необходимыми значениями прочности, абразивной стойкости и других показателей.

Первые композитные материалы люди начали использовать более 5 тысяч лет назад. Именно тогда жители Месопотамии придумали складывать несколько деревянных листов один на один под разным углом и скреплять их простым аналогом современного клея. Так получился композит, востребованный по сей день, — фанера. 

Около 2 тысяч лет назад древние римляне стали использовать вещество, изготовленное из известняка и вулканического пепла. Получившийся в результате такой комбинации бетон придавал сооружениям устойчивость и не допускал деформации конструкций. С тех пор технический прогресс значительно ускорился, люди придумали гораздо более совершенные композиты, которые находят применение в самых разных отраслях промышленности и помогают значительно улучшить бытовые условия. Но сам принцип — объединение свойств уже существующих материалов для получения абсолютно нового материала — остался неизменным.

Что входит в состав композита?

Композитный материал состоит из двух прослоек: 

• наполнителя — служит для усиления жесткости,

• матрицы — используется для скрепления.

Армирующий компонент может быть выполнен в виде волокон, лент, жгутов. Наиболее распространенный вариант — волокна из стекла или углерода. В качестве матрицы часто применяются полимеры.

В чем отличие композитных материалов от сплавов? Первые обладают гораздо более высокими показателями упругости, жесткости, выносливости. За счет использования наполнителя повышается устойчивость к образованию и распространению трещин. Вероятность разрушения от хрупкости практически полностью исключена.

Преимущества композитных материалов

Какие характеристики композита делают его настолько востребованным? Перечислим основные из них:

• прочность;

• длительный срок эксплуатации;

• гибкость;

• способность выдерживать высокие температуры и механическое воздействие;

• устойчивость к образованию ржавчины, распространению микроорганизмов — плесени, грибка; 

• малый удельный вес;

• пожаростойкость.

Благодаря своим свойствам композитные материалы могут с успехом использоваться вместо камня, металла или дерева.

Изначально современные, высокотехнологичные композиты разрабатывали, чтобы применять в военных целях. Но прошло совсем немного времени — и материалы вошли в сферу широкого потребления и прочно укрепились в ней. Сегодня композиты активно используют в строительной отрасли, дизайне помещений, химической промышленности, при изготовлении автомобилей, судов, авиационных объектов и в других отраслях. В бытовых условиях мы часто сталкиваемся с предметами, даже не подозревая, что они изготовлены из композитных материалов. Рассмотрим примеры композитов, изделия из которых можно встретить в повседневности.

Стеклопластик

В его составе — спрессованные стеклянные нити и полимерные смолы. В результате объединения двух компонентов получается материал, обладающий гибкостью пластика и твердостью стекла. Такой композит не подвержен коррозии и окислению, устойчив к воздействию агрессивных условий среды, значительно легче и долговечнее металла.

Именно из стеклопластика изготавливают вкладыши в композитные купели. Чаша купели получается максимально прочной, устойчивой к появлению трещин. Вкладыш выдерживает нагревание до 60 °С и при этом не выделяет вредных веществ. Емкость из стеклопластика позволяет использовать купель не менее 25 лет.

Из композита делают: 

• фрагменты внешнего и внутреннего оформления автомобилей; 

• отделочные покрытия внутри вагонов метро;

• корпуса лодок;

• спортивный инвентарь (например, лыжи);

• аттракционы в аквапарке;

• музыкальные инструменты (рояли, барабаны);

• игрушки.

Стеклопластик также используют при строительстве и оформлении жилых зданий: для создания дверных профилей, рам стеклопакетов, кровельных покрытий, навесов, панелей для возведения стен. Из-за гибкости и сравнительно небольшого веса такие изделия легко монтировать. Конструкции получаются не только эстетичными, но и экологичными.

Углепластик

Такой вид композитов состоит из полимерных смол и углеродных волокон. Очень прочный: этот показатель у многих разновидностей углепластика часто превышает аналогичный для стали! При этом весит композит гораздо меньше.

Углепластик довольно дорогой, поэтому иногда его применяют как дополнительный компонент, а не основной материал.

Где в бытовых условиях можно встретить углепластики? Их используют при изготовлении:

• обшивки корпусов смартфонов, портативных компьютеров;

• деталей внешней отделки и оформления салонов автомобилей;

• изделий для спорта — велосипедных рам, сноубордов, лыжной экипировки, обуви для футбола, теннисных ракеток, клюшек;

• штативов для фототехники;

• рыболовных удочек;

• элементов музыкальных инструментов.

Углепластики хорошо зарекомендовали себя как аналог металлов при создании прочных и достаточно легких изделий.

Искусственный акриловый камень

В его состав входят синтетические смолы, гидроксид алюминия, минеральные компоненты и пигменты. Акриловый камень активно используют в строительстве и дизайне, создавая элементы для оформления помещений и наружной отделки. Материал высоко ценят за такие качества, как прочность, устойчивость к влажности, отсутствие пористости. Особая пластичность под влиянием высоких температур обеспечивает композиту легкость в обработке.

Пигменты позволяют получить материалы широкой цветовой гаммы, что существенно увеличивает возможности их применения. Также благодаря использованию пигментов можно добиться такой фактуры поверхности, которая будет повторять характерные особенности дерева, стекла или металла.

Акриловый камень применяют:

• в квартирах и домах — для отделки ванных комнат, изготовления столешниц на кухню;

• в местах общественного пользования — для декорирования помещений в офисах, создания стоек администратора в медицинских центрах, отелях, салонах красоты.

Изделия из акрилового камня легко впишутся в интерьер любого пространства. Они не требуют особого ухода — достаточно очистки обычными моющими средствами. Выполненные из такого камня предметы интерьера не боятся ударов и трещин. Благодаря гигиеничности и высокой экологичности композитный материал подойдет в том числе и для оформления спальни. 

Композитные материалы с полимерной матрицей также широко применяют при изготовлении бытовой техники. Из них делают кухонные мойки, морозильные камеры холодильников, элементы стиральных машин и телевизоров.

Деревянные композиты

Эти материалы включают древесную стружку и пластиковый компонент. Дерево может измельчаться вплоть до состояния пыли, после чего его смешивают с полимером, размягченным методом плавления. Получившаяся в результате древесная доска служит основой для производства мебели, создания особо прочного покрытия на веранде или террасе. По такому настилу можно спокойно перемещать столы и стулья: деревопластик не треснет и не сломается.

Если при создании композитного материала с древесиной в составе используют не синтетический пластик, а натуральные смолы, в результате такой комбинации получают МДФ. Древесный компонент максимально измельчают, пропитывают смолами и спрессовывают в печи. Пример изделий, изготовленных из такой комбинации материалов, — высококачественные двери или ламинат.

Композитные материалы с матрицей из металла

В таких композитах матрицей выступает металл (алюминий, медь, никель), а наполнителем — волокна высокой прочности или тугоплавкие частицы (бориды, карбиды). Такие материалы, если сравнивать их с композитами с матрицей из полимеров, приспособлены к более высоким значениям температур и более удобны при использовании в относительно компактных, но нагруженных деталях конструкций. 

Композиты с металлической матрицей характеризуются жесткостью, устойчивостью к окислению и износу. При этом изделия из них весят меньше цельнометаллических аналогов. Хотя такие материалы наиболее востребованы в авиационной и аэрокосмической отраслях, применение им находят и в более привычных бытовых условиях. Например, сайдинг для фасада делают из композита, в основе которого — алюминий.

С каждым днем композиционные материалы находят все большее применение — как в производстве технически сложной продукции, так и при создании изделий, которыми мы пользуемся в быту. Надежность, долговечность и экологичность обеспечивают разным видам композитов высокую востребованность. А все новые разработки ученых расширяют области использования материалов.