Qual è la definizione di un materiale composito?

Liberamente definito, un composito è una combinazione di due o più materiali diversi che si traduce in un prodotto superiore (spesso più resistente). Gli umani hanno creato compositi per migliaia di anni per costruire di tutto, dai semplici rifugi agli elaborati dispositivi elettronici. Mentre i primi compositi sono stati realizzati con materiali naturali come fango e paglia, i compositi di oggi sono creati in un laboratorio da sostanze sintetiche. Indipendentemente dalla loro origine, i composti sono ciò che ha reso la vita come la conosciamo possibile.

Una breve storia

Gli archeologi affermano che gli umani usano i compositi da almeno 5.000 a 6.000 anni. Nell'antico Egitto, mattoni fatti di fango e paglia per racchiudere e rinforzare strutture in legno come forti e monumenti. In alcune parti dell'Asia, dell'Europa, dell'Africa e delle Americhe, le culture indigene costruiscono strutture da wattle (tavole o strisce di legno) e daub (un composto di fango o argilla, paglia, ghiaia, calce, fieno e altre sostanze).

Un'altra civiltà avanzata, i mongoli, furono anche pionieri nell'uso dei compositi. A partire dal 1200 d.C. circa, iniziarono a costruire archi rinforzati in legno, osso e adesivo naturale, avvolti con corteccia di betulla. Questi erano molto più potenti e precisi dei semplici archi di legno, aiutando l'impero mongolo di Genghis Khan a diffondersi in tutta l'Asia.

L'era moderna dei compositi è iniziata nel 20 ° secolo con l'invenzione di materie plastiche come la bachelite e il vinile, nonché prodotti in legno ingegnerizzato come il compensato. Un altro composito cruciale, Fiberglas, fu inventato nel 1935. Era molto più forte dei compositi precedenti, poteva essere modellato e modellato, ed era estremamente leggero e resistente. 

La seconda guerra mondiale accelerò l'invenzione di materiali compositi ancora più derivati ​​dal petrolio, molti dei quali sono ancora in uso oggi, incluso il poliestere. Gli anni '60 videro l'introduzione di compositi ancora più sofisticati, come il kevlar e la fibra di carbonio. 

Materiali compositi moderni

Oggi, l'uso dei compositi si è evoluto per incorporare comunemente una fibra strutturale e una plastica, questo è noto come Fibra rinforzata con fibre o FRP in breve. Come la paglia, la fibra fornisce la struttura e la resistenza del composito, mentre un polimero plastico tiene insieme la fibra. Tipi comuni di fibre utilizzate nei compositi FRP includono:

• lana di vetro
• Fibra di carbonio
• Fibra aramidica
• Fibra di boro
• Fibra di basalto
• Fibra naturale (legno, lino, canapa, ecc.)

Nel caso della fibra di vetro, centinaia di migliaia di minuscole fibre di vetro vengono raccolte insieme e mantenute rigidamente in posizione da una resina polimerica plastica. Le comuni resine plastiche utilizzate nei compositi includono:

• Epoxy
• Vinile estere
• Poliestere
• poliuretano
• polipropilene

Usi e vantaggi comuni

L'esempio più comune di un composito è il calcestruzzo. In questo uso, l'armatura strutturale in acciaio fornisce la resistenza e la rigidità del calcestruzzo, mentre il cemento indurito mantiene ferma l'armatura. Il solo tondo per cemento armato si fletterebbe troppo e il cemento da solo si spezzerebbe facilmente. Tuttavia, quando combinato per formare un composito, viene creato un materiale estremamente rigido.

Il materiale composito più comunemente associato al termine "composito" è la plastica rinforzata con fibre. Questo tipo di composito è ampiamente utilizzato durante la nostra vita quotidiana. I comuni usi quotidiani di materiali plastici rinforzati con fibre includono:

• aereo
• Barche e marine
• Attrezzature sportive (golf alberi, racchette da tennis, tavole da surf, mazze da hockey, ecc.)
• Componenti automobilistici
• Pale di turbine eoliche
• Armatura
• Materiali da costruzione
• Tubi dell'acqua
• ponti
• Maniglie degli strumenti
• Rotaie della scala

I moderni materiali compositi presentano numerosi vantaggi rispetto ad altri materiali come l'acciaio. Forse ancora più importante, i compositi hanno un peso molto più leggero. Resistono anche alla corrosione, sono flessibili e resistenti alle ammaccature. Questo, a sua volta, significa che richiedono meno manutenzione e una durata maggiore rispetto ai materiali tradizionali. I materiali compositi rendono le auto più leggere e quindi più efficienti in termini di consumo di carburante, rendono le protezioni per il corpo più resistenti ai proiettili e creano pale di turbina in grado di resistere allo stress delle alte velocità del vento.

fonti

• Staff di notizie della BBC. "L'inventore di Kevlar Stephanie Kwolek muore." BBC.com. 21 giugno 2014.
• Personale del Dipartimento dell'Energia. "Le 9 principali cose che non sapevi sulla fibra di carbonio." Energy.gov. 29 marzo 2013.
• Personale della Royal Society of Chemistry. "Materiali compositi." RSC.org.
• Wilford, John Noble. "Restituire un tributo a mattoni di fango a un re egiziano scomparso." NYTimes.com. 10 gennaio 2007.