يتم تعريف المركب بشكل فضفاض ، وهو مزيج من مادتين مختلفتين أو أكثر ينتج عنه منتج متفوق (غالبًا أقوى). ظل البشر يصنعون مركبات منذ آلاف السنين لبناء كل شيء من الملاجئ البسيطة إلى الأجهزة الإلكترونية المعقدة. في حين تم تصنيع المركبات الأولى من مواد طبيعية مثل الطين والقش ، يتم إنشاء المركبات اليوم في مختبر من المواد الاصطناعية. بغض النظر عن أصلهم ، فإن المركبات هي التي جعلت الحياة كما نعرفها ممكنة.
لمحة تاريخية
يقول علماء الآثار أن البشر يستخدمون المركبات منذ 5000 إلى 6000 سنة على الأقل. في مصر القديمة ، طوب مصنوع من الطين والقش لتغليف وتعزيز الهياكل الخشبية مثل الحصون والآثار. في أجزاء من آسيا وأوروبا وأفريقيا والأمريكتين ، تبني ثقافات الشعوب الأصلية هياكل من الماشية (ألواح أو شرائح من الخشب) والجص (مركب من الطين أو الطين والقش والحصى والجير والتبن وغيرها مواد).
حضارة متقدمة أخرى ، المغول ، كانت أيضًا رائدة في استخدام المركبات. ابتداء من حوالي عام 1200 م ، بدأوا في بناء أقواس مقواة من الخشب والعظام والمواد اللاصقة الطبيعية ، ملفوفة بحاء البتولا. كانت هذه أقوى وأكثر دقة من الأقواس الخشبية البسيطة ، مما ساعد الإمبراطورية المنغولية لجنكيز خان على الانتشار عبر آسيا.
بدأ العصر الحديث من المركبات في القرن العشرين مع اختراع البلاستيك المبكر مثل الباكليت والفينيل وكذلك المنتجات الخشبية الهندسية مثل الخشب الرقائقي. تم اختراع مركب حاسم آخر ، الألياف الزجاجية ، في عام 1935. كان أقوى بكثير من المركبات السابقة ، ويمكن تشكيله وتشكيله ، وكان خفيف الوزن للغاية ودائم.
عجلت الحرب العالمية الثانية باختراع المزيد من المواد المركبة المشتقة من البترول ، والتي لا يزال الكثير منها قيد الاستخدام اليوم ، بما في ذلك البوليستر. شهدت الستينيات إدخال مركبات أكثر تعقيدًا ، مثل كيفلر وألياف الكربون.
المواد المركبة الحديثة
اليوم ، استخدام المركبات تطورت لتشمل عادة الألياف الهيكلية والبلاستيك ، وهذا ما يعرف بالبلاستيك المقوى بالألياف أو FRP للاختصار. مثل القش ، توفر الألياف بنية وقوة المركب ، في حين أن بوليمر بلاستيكي يحافظ على الألياف معًا. تشمل الأنواع الشائعة من الألياف المستخدمة في مركبات FRP ما يلي:
- الألياف الزجاجية
- ألياف كربونيه
- ألياف الأراميد
- ألياف البورون
- ألياف البازلت
- الألياف الطبيعية (الخشب والكتان والقنب ، وما إلى ذلك)
في حالة الألياف الزجاجية، يتم تجميع مئات الآلاف من الألياف الزجاجية الدقيقة معًا وتثبيتها في مكانها بواسطة راتنج بوليمر بلاستيكي. تشمل الراتنجات البلاستيكية الشائعة المستخدمة في المركبات:
- الايبوكسي
- فينيل إستر
- البوليستر
- البولي يوريثين
- البولي بروبلين
الاستخدامات والفوائد المشتركة
المثال الأكثر شيوعًا للمركب هو الخرسانة. في هذا الاستخدام ، يوفر حديد التسليح الهيكلي قوة وصلابة للخرسانة ، بينما يحمل الاسمنت المعالج حديد التسليح ثابتًا. حديد التسليح وحده سوف ينحني كثيرًا والأسمنت وحده سوف يتشقق بسهولة. ومع ذلك ، عند دمجها لتشكيل مركب ، يتم إنشاء مادة صلبة للغاية.
المادة المركبة الأكثر ارتباطًا بمصطلح "مركب" هي البلاستيك المقوى بالألياف. يتم استخدام هذا النوع من المركب على نطاق واسع طوال حياتنا اليومية. تشمل الاستخدامات اليومية الشائعة لمركبات البلاستيك المقوى بالألياف ما يلي:
- الطائرات
- القوارب والبحرية
- المعدات الرياضية (مهاوي الجولف ، مضارب التنس ، ألواح ركوب الأمواج ، عصي الهوكي ، إلخ.)
- مكونات السيارات
- شفرات توربينات الرياح
- الدروع الواقية للبدن
- مواد بناء
- أنابيب المياه
- الجسور
- مقابض أداة
- قضبان سلم
تتميز المواد المركبة الحديثة بعدد من المزايا مقارنة بالمواد الأخرى مثل الفولاذ. ربما الأهم من ذلك ، أن المركبات أقل وزناً بكثير. كما أنها تقاوم التآكل ، وهي مرنة ومقاومة للأسنان. وهذا بدوره يعني أنها تتطلب صيانة أقل وعمرًا أطول من المواد التقليدية. تجعل المواد المركبة السيارات أخف وزناً ، وبالتالي أكثر كفاءة في استهلاك الوقود ، وتجعل الدروع الواقية للبدن أكثر مقاومة للرصاص وتصنع شفرات التوربين التي يمكن أن تتحمل ضغوط سرعات الرياح العالية.
المصادر
- طاقم بي بي سي نيوز. "وفاة المخترع كيفلر ستيفاني كوليك." BBC.com. 21 يونيو 2014.
- موظفو وزارة الطاقة. "أهم 9 أشياء لا تعرفها عن ألياف الكربون". Energy.gov. 29 مارس 2013.
- طاقم الجمعية الملكية للكيمياء. "المواد المركبة." RSC.org.
- ويلفورد ، جون نوبل. "إعادة تحية من الطوب اللبن لملك مصري غادر." NYTimes.com. 10 يناير 2007.