تاريخ وتطور المواد المركبة

عندما يتم الجمع بين مادتين مختلفتين أو أكثر ، تكون النتيجة أ مركب. تعود الاستخدامات الأولى للمركبات إلى 1500 قبل الميلاد. عندما استخدم المصريون الأوائل ومستوطنون بلاد ما بين النهرين مزيجًا من الطين والقش لإنشاء مباني قوية ودائمة. واصل سترو تقديم التعزيز للمنتجات المركبة القديمة بما في ذلك الفخار والقوارب.

في وقت لاحق ، في عام 1200 بعد الميلاد ، اخترع المغول القوس المركب الأول. باستخدام مزيج من الخشب والعظام و "غراء الحيوانات" ، يتم الضغط على الأقواس ولفها بحاء البتولا. كانت هذه الأقواس قوية ودقيقة. ساعدت الأقواس المنغولية المركبة في ضمان هيمنة جنكيز خان العسكرية.

بدأ العصر الحديث للمركبات عندما طور العلماء اللدائن. حتى ذلك الحين ، كانت الراتنجات الطبيعية المشتقة من النباتات والحيوانات المصدر الوحيد للغراء والمواد اللاصقة. في أوائل القرن العشرين ، تم تطوير مواد بلاستيكية مثل الفينيل والبوليسترين والفينول والبوليستر. تفوقت هذه المواد الاصطناعية الجديدة على الراتنجات المفردة المستمدة من الطبيعة.

ومع ذلك ، فإن البلاستيك وحده لا يمكن أن يوفر قوة كافية لبعض التطبيقات الهيكلية. كان هناك حاجة إلى التعزيز لتوفير قوة وصلابة إضافية.

في عام 1935 ، قدم أوينز كورنينج أول ألياف زجاجية ، الألياف الزجاجية. الألياف الزجاجية، عندما يتم دمجه مع بوليمر بلاستيكي أوجد بنية قوية بشكل لا يصدق وخفيفة الوزن أيضًا. هذه هي بداية صناعة البوليمرات المقواة بالألياف (FRP).

العديد من أعظم التطورات في المركبات كانت نتيجة لاحتياجات زمن الحرب. تمامًا كما طور المغول القوس المركب ، جلبت الحرب العالمية الثانية صناعة FRP من المختبر إلى الإنتاج الفعلي.

كانت هناك حاجة إلى مواد بديلة للتطبيقات خفيفة الوزن في الطائرات العسكرية. سرعان ما أدرك المهندسون فوائد أخرى للمركبات تتجاوز كونها خفيفة الوزن وقوية. تم اكتشاف ، على سبيل المثال ، أن مركبات الألياف الزجاجية كانت شفافة للترددات اللاسلكية ، وسرعان ما تم تكييف المواد لاستخدامها في إيواء معدات الرادار الإلكترونية (Radomes).

بنهاية الحرب العالمية الثانية ، كانت صناعة المركبات الصغيرة على قدم وساق. مع انخفاض الطلب على المنتجات العسكرية ، كان المبتكرون القليلون من المركبات يحاولون الآن طموحًا إدخال المركبات في الأسواق الأخرى. كانت القوارب أحد المنتجات الواضحة التي استفادت. تم إدخال أول هيكل مركب تجاري في عام 1946.

في هذا الوقت ، غالبًا ما يُشار إلى براندت جولدزورثي باسم "جد المركبات" ، فقد طور العديد من الأشخاص الجدد عمليات التصنيع والمنتجات ، بما في ذلك أول لوح التزلج على الألياف الزجاجية ، الذي أحدث ثورة في رياضة.

اخترعت Goldsworthy أيضًا عملية تصنيع تعرف باسم pultrusion ، وهي عملية تسمح بالمنتجات المدعمة بالألياف الزجاجية القوية التي يمكن الاعتماد عليها. واليوم ، تشتمل المنتجات المصنعة من هذه العملية على سكك الدرج ، ومقابض الأدوات ، والأنابيب ، وأعمدة الأسهم ، والدروع ، وأرضيات القطارات ، والأجهزة الطبية.

في 1970s المركبات بدأت الصناعة لتنضج. تم تطوير راتنجات بلاستيكية أفضل وألياف تقوية محسنة. وضعت دوبونت على ألياف الأراميد المعروفة باسم Kevlar ، والتي أصبحت المنتج المفضل في الدروع الواقية للبدن نظرًا لقوة الشد العالية والكثافة العالية وخفة الوزن. تم تطوير ألياف الكربون أيضًا في هذا الوقت. على نحو متزايد ، استبدلت الأجزاء المصنوعة سابقًا من الفولاذ.

لا تزال صناعة المركبات تتطور ، مع تركيز الكثير من النمو الآن على الطاقة المتجددة. شفرات توربينات الرياح ، على وجه الخصوص ، تدفع باستمرار حدود الحجم وتتطلب مواد مركبة متقدمة.

يستمر بحث المواد المركبة. المجالات ذات الأهمية الخاصة هي المواد النانوية - المواد ذات الهياكل الجزيئية الصغيرة للغاية - والبوليمرات الحيوية.