複合材料とは何ですか？-定義と種類

複合材料とは何ですか？

複合材料は、物理的および化学的特性が異なる2つの材料の組み合わせです。それらを組み合わせると、特定の仕事をするために特化された材料が作成されます。たとえば、より強く、より軽く、または電気に耐性があります。また、強度と剛性を向上させることもできます。

従来の材料よりも使用する理由は、ベース材料の特性を改善し、多くの状況に適用できるためです。

これらの構成材料は、特に異なる化学的または物理的特性を持ち、個々の要素とは異なり、結合されて特性を持つ材料を作成します。完成した構造内では、個々の要素は分離して区別されたままであり、複合材料を混合物や固溶体から区別します。

典型的な設計された複合材料は次のとおりです。

• 鉄筋コンクリートと石積み
• 合板などの複合材
• 繊維強化ポリマーやグラスファイバーなどの強化プラスチック
• セラミックマトリックス複合材料（セラミックと金属の複合マトリックス）
• 金属マトリックス複合材料
• およびその他の高度な複合材料

新しい材料が好まれる理由はさまざまです。典型的な例としては、一般的な材料と比較して、より安価で、より軽く、より強く、より耐久性のある材料があります。

最近では、研究者は、ロボット材料として知られている複合材料への検知、作動、計算、および通信を積極的に取り入れ始めています。

複合材料は、一般に、建物、橋、およびボートの船体、プールのパネル、レーシングカーのボディ、シャワー室、浴槽、貯蔵タンク、模造花崗岩、養殖大理石の流し、カウンタートップなどの構造物に使用されます。また、一般的な自動車用途でもますます使用されています。

最も高度な例は、要求の厳しい環境の宇宙船や航空機で日常的に実行されます。

コンポジットとは何ですか？

複合材料は、2つ以上の構成材料から製造される材料です。これらの構成材料は、特に異なる化学的または物理的特性を持ち、個々の要素とは異なり、結合されて特性を備えた材料を作成します。

簡単に言えば、コンポジットはコンポーネントの組み合わせです。私たちの業界では、複合材料は、個々のプレーヤーよりもチームとして強力な2つ以上の天然または人工要素（物理的または化学的特性が異なる）を組み合わせて作られた材料です。

構成材料は、完全に混ざり合ったり、個々のアイデンティティを失ったりするわけではありません。それらは、結果または最終製品を改善するために、それらの最も有用な特性を組み合わせて貢献します。複合材料は通常、強度、効率、耐久性の向上など、特定の用途を念頭に置いて設計されています。

コンポジットは何でできていますか？

複合材料は、繊維強化ポリマー（FRP）複合材料とも呼ばれ、人工繊維、人工繊維、天然繊維（ガラス、カーボン、アラミドなど）またはその他の強化材料で強化されたポリマーマトリックスから作られています。

マトリックスは、繊維を環境および外部の損傷から保護し、繊維間で荷重を伝達します。次に、繊維は強度と剛性を提供してマトリックスを強化し、亀裂や破壊に抵抗するのに役立ちます。

私たちの業界の製品の多くでは、ポリエステル樹脂がマトリックスであり、ガラス繊維が補強材です。しかし、樹脂と補強材の多くの組み合わせが複合材料に使用され、各材料は完成品の独自の特性に貢献します。繊維は強力ですがもろく、強度と剛性を提供し、より柔軟な樹脂は形状を提供して繊維を保護します。

FRP複合材料には、最終製品の製造プロセス、外観、および性能を改善するように設計されたフィラー、添加剤、コア材料、または表面仕上げが含まれている場合もあります。

天然および合成の複合材料

複合材料は、天然または合成にすることができます。天然の複合材である木材は、セルロースまたは木部繊維とリグニンと呼ばれる物質の組み合わせです。繊維は木材にその強度を与えます。リグニンは、それを結合して安定させるマトリックスまたは天然接着剤です。他の複合材料は合成（人工）です。

合板は、天然素材と合成素材を組み合わせた人工複合材です。ウッドベニヤの薄層は互いに接着して、天然木よりも強い平らなラミネートシートを形成します。

プラスチックは複合材料ですか？

すべてのプラスチックが複合材料であるわけではありません。実際、おもちゃ、水筒、その他の身近なアイテムに使用されているプラ​​スチックのほとんどは、複合材料ではありません。それらは純粋なプラスチックです。ただし、多くの種類のプラスチックは、強化して強度を高めることができます。プラスチックと補強材のこの組み合わせにより、テクノロジーがこれまでに開発した中で最も強力で、最も用途の広い材料（重量の点で）を作成できます。

ポリマー樹脂（ポリエステル、ビニルエステル、エポキシ、フェノールなど）は、プラスチックと呼ばれることもあります。

簡単な履歴

人々は何千年もの間複合材料を使用してきました。紀元前3400年最初の人工複合材料は、イラクのメソポタミアンによって作られました。古い社会は合板を作るために異なる角度で互いの上に木のストリップを接着しました。

これに続いて、エジプト人は紀元前2181年頃に、石膏に浸したリネンまたはパピルスからデスマスクを作ることを始めました。その後、両方の社会が泥レンガ、陶器、ボートを強化するためにわらで材料を強化し始めました。

西暦1200年に、モンゴル人は複合アーチの建設を開始しました。これは当時、非常に効果的でした。これらは、木、牛の腱、角、竹、骨、絹を松の樹脂で接着して作られました。

産業革命後、合成樹脂は重合により固体になりました。 1900年代に、化学物質に関するこの新たな知識により、ポリエステル、フェノール、ビニールなどのさまざまなプラスチックが製造されました。その後、プラスチックの開発が始まり、ベークライトは化学者のレオ・ベークランドによって作られました。電気を通さず、耐熱性があるため、多くの産業で広く使用できます。

1930年代は、複合材料の進歩にとって非常に重要な時期でした。ガラス繊維は、最初の繊維強化ポリマー（FRP）産業を創設したオーウェンスコーニングによって導入されました。この時期に開発された樹脂は今日まで使用されており、不飽和ポリエステル樹脂は1936年に特許を取得しました。2年後、より強力な樹脂システムが利用可能になりました。

最初の炭素繊維は1961年に特許を取得し、その後市販されました。 1990年代半ば、複合材料は、以前に使用されていた材料に比べてコストが比較的低いため、製造プロセスや建設でますます人気が高まっていました。

2000年代半ばのボーイング787ドリームライナーの複合材料は、高強度アプリケーションでの使用を実証しました。

さまざまな種類の複合材料

一般的な複合材料には次のものがあります。

• セラミックマトリックス複合材 ：セラミックはセラミックマトリックスに広がっています。これらは熱衝撃と破壊に強いため、通常のセラミックよりも優れています
• 金属マトリックス複合材 ：マトリックス全体に広がる金属
• 鉄筋コンクリート ：鉄筋などの引張強度の高い材料で補強されたコンクリート
• ガラス繊維補強コンクリート ：ジルコニア含有量の高いガラス繊維構造物に注入されたコンクリート
• 半透明のコンクリート： 光ファイバーを包むコンクリート
• 集成材： 他の安価な材料と組み合わせて製造された木材。一例はパーティクルボードです。ベニヤのような特殊な材料もこの複合材に含まれています
• 合板： さまざまな角度で木材の多くの薄い層を接着することによって設計された木材
• 人工竹 ：竹繊維の細片を接着して板を作ります。これは、木材よりも高い圧縮強度、引張強度、曲げ強度を備えているため、有用な複合材料です。
• 寄木細工： 多くの場合、広葉樹から組み立てられた多くの木片の正方形。装飾品として販売されています
• 木質プラスチック複合材 ：木部繊維またはプラスチックで鋳造された小麦粉
• セメント結合木部繊維 ：セメントで鋳造された鉱化された木片。この複合材料には、絶縁性と音響特性があります
• グラスファイバー： 比較的安価で柔軟性のあるプラスチックと組み合わせたグラスファイバー
• 炭素繊維強化ポリマー ：強度対重量比の高いプラスチックにセットされた炭素繊維
• サンドイッチパネル ：互いに重ねられたさまざまな複合材料
• 複合ハニカム ：ハニカム形状を形成するための多くの六角形の複合材料の選択。
• 張り子 ：接着剤で綴じられた紙。これらは工芸品に含まれています
• プラスチックコート紙 ：耐久性を向上させるためにプラスチックでコーティングされた紙。これが使用される例はトランプです
• シンタクチックフォーム ：金属、セラミック、プラスチックにマイクロバルーンを充填して作られた軽い素材。これらのバルーンは、ガラス、カーボン、またはプラスチックのいずれかを使用して作られています