I compositi polimerici sono costituiti da fibre incorporate in una matrice di plastica resiliente. La fibra fornisce la resistenza, o rinforzo, per il materiale composito, e la matrice fornisce il supporto. I materiali compositi si trovano in natura. Il legno è un composto naturale costituito da cellulosa come fibra e lignina come matrice. I compositi polimerici sono leggeri e resistono al calore e alla corrosione meglio delle plastiche convenzionali o dei compositi naturali. Sono stati sviluppati per la prima volta negli anni '40 per applicazioni militari e aerospaziali.

Fibre

Le fibre di vetro e naturali come paglia, iuta e canapa hanno fornito il rinforzo per materiali a matrice fin dall'antichità. I primi compositi polimerici sviluppati negli anni '40 utilizzavano fibre di vetro e carbonio. Polvere di boro, nitruro di boro e fibre poliarammidiche come il kevlar vengono utilizzate come rinforzo per materiali ad alte prestazioni come gli scafi degli aerei. Boro e poliaramidi formano strutture molecolari a catena lunga che forniscono la resistenza delle fibre.

Matrix

I termoindurenti e i materiali termoplastici sono materiali a matrice. I termoindurenti sono materie plastiche che si stabiliscono in modo irreversibile quando indurite chimicamente o vulcanizzate. Esempi sono la resina epossidica e la gomma vulcanizzata. Questi materiali hanno un'alta resistenza al calore. I materiali termoplastici sono materiali che si liquefano quando riscaldati e si fissano come vetro quando vengono raffreddati. Celluloidi, acrilici e poliesteri sono esempi.

Forza

I materiali naturali sono ortotropici, il che significa che sono più forti in una direzione rispetto a un'altra. I compositi polimerici possono essere fabbricati per essere isotropi - che possiedono la stessa forza in tutte le direzioni - o ortotropi. L'elevata resistenza alla trazione è il principale vantaggio di un composito polimerico. Le fibre di poliarammide sono cinque volte più forti dell'acciaio su base peso-peso. Il loro svantaggio è che hanno una bassa resistenza alla compressione e possono rompersi facilmente.

Peso e resilienza

I materiali compositi polimerici sono materiali leggeri che offrono un vantaggio per gli scafi degli aerei e la carrozzeria della bicicletta. I veicoli militari e pesanti utilizzano compositi sia nella carrozzeria che nei sistemi di trasmissione e motore. I sistemi di trasporto di massa di treni, metropolitane e autobus utilizzano compositi per soffitti, pareti, pavimenti e posti a sedere. I compositi polimerici hanno un'alta resistenza alla corrosione chimica e ai graffi. La loro resilienza all'acqua di mare e alla ruggine è un vantaggio quando viene usata in barche o altra fabbricazione di imbarcazioni marine.

Proprietà dei materiali

Esiste una comprensione limitata delle proprietà dei materiali compositi polimerici su un micro e molecolare livello. La resina deve avvolgere completamente la fibra all'interno del composito. In caso contrario, la forza del materiale viene ridotta. Anche le proprietà micro-meccaniche del composito all'interfaccia tra resina e fibra non sono ben comprese.

Costo

Il costo dei compositi polimerici può superare molti dei loro vantaggi. I materiali avanzati richiedono costose procedure di progettazione e lavorazione. Il personale dell'azienda ha bisogno di ulteriore formazione per produrli. Il processo di produzione potrebbe richiedere ulteriori garanzie per la salute e l'ambiente. Le proprietà speciali del materiale devono giustificare il costo della loro progettazione e produzione.