Композиты набирают популярность во многих отраслях промышленности, от архитектуры до инфраструктуры и автомобилестроения. Они обладают очевидными преимуществами, которые делают их идеальной заменой для различных материалов, включая сталь, алюминий, дерево и гранит. Всё больше компаний в современном мире обращают внимание на композитные материалы и внедряют из в свой производственный процесс.
Композиты против стали
Производство стали началось тысячи лет назад, в то время как первые композиты, изготовленные из армированных волокон, появились только в прошлом веке. Но старше не значит лучше. Хотя сталь имеет свое место, композиты являются идеальным материалом для многих применений.
Сталь это один из наиболее часто используемых металлов в мире. Но он сталкивается с жесткой конкуренцией со стороны композитов, которые все чаще заменяют сталь в различных областях применения – от автомобильных деталей до настилов мостов.
Композиты обладают рядом преимуществ перед сталью, которая имеет внутренние конструктивные ограничения, тяжелая и дорогостоящая в транспортировке и подвержена коррозии, что приводит к высоким затратам на техническое обслуживание. Рассмотрим эти преимущества:
✔︎ Композиты легче стали – Кубометр литой стали весит примерно 7,8 тонн. В зависимости от состава материала, композиты могут быть на 70 процентов легче.
✔︎ Композиты невероятно прочны – Они могут быть изготовлены по индивидуальному заказу для повышения прочности в критических зонах, таких как места, которые могут изгибаться или изнашиваться. В случае со сталью, если в какой-либо области требуется большая прочность, необходимо добавить больше металла, что, в свою очередь, увеличивает вес.
✔︎ Композиты устойчивы к коррозии – при наружном применении композиты выдерживают суровые погодные условия и резкие перепады температур. Сталь легко ржавеет, если ее не покрасить или не покрыть цинком. А коррозия обходится дорого. Ущерб от коррозии и затраты на борьбу с ней составляют более 5% ВВП в России.
✔︎ Композиты не проводят ток – по самой своей природе металлы, такие как сталь, проводят электричество. Композиты являются превосходными изоляторами: они не реагируют на электрическое поле и обладают высоким сопротивлением.
✔︎ Композиты обеспечивают консолидацию деталей – одна деталь, изготовленная из композитов, может заменить целую сборку металлических деталей, оптимизируя производственный процесс и сокращая время производства.
Преимущества очевидны. Вот почему компании предпочитают композиты стали во всех областях.
Композиты против алюминия
Алюминий легкий, прочный и устойчивый к коррозии – свойства, которые он разделяет с композитами. Фактически, в некоторых решениях, таких как самолеты, материалы используются в тандеме. Итак, как вы решаете, что выбрать – алюминий или композиты?
Как один из самых легких и ковких металлов, алюминий широко используется во всем современном мире, особенно в аэрокосмической промышленности. Однако в последние годы композиты начали вытеснять алюминий: половина Boeing 787 изготовлена из современных композитных материалов, в то время как остальная часть самолета построена в основном из комбинации алюминия, стали и титана.
Используя композиты для изготовления 50% планера Boeing 787, лидер аэрокосмической отрасли снизил вес самолета на 20% по сравнению с обычными алюминиевыми конструкциями.
Композиты имеют и другие преимущества перед алюминием:
✔︎ Композиты превосходно справляются с натяжением – в конструкциях с высокой нагрузкой на растяжение, таких как фюзеляж самолетов, это помогает снизить усталость и затраты на техническое обслуживание. Алюминий чувствителен к нагрузкам на растяжение.
✔︎ Композиты могут создавать цельные конструкции – изготовление изделия из одного куска, будь то крыло самолета или лопасть, снижает затраты на техническое обслуживание, поскольку в нем нет никаких крепежных элементов или соединений.
✔︎ Композиты обеспечивают точное распределение веса – в таких изделиях, как бейсбольные биты, это позволяет сбалансировать нагрузку, что способствует легкому и быстрому замаху, либо распределить вес по областям, что помогает нападающим увеличить дистанцию удара. Биты из алюминиевого сплава имеют менее точное распределение веса.
✔︎ Композитные материалы прочны, но в то же время гибки – например, лыжные палки из композитных материалов обычно обладают большей гибкостью и долговечностью, чем стандартные алюминиевые: они могут значительно сгибаться не ломаясь.
✔︎ Композиты поглощают вибрации – поскольку они неэластичны, композиты рассеивают энергию вибраций, что делает их хорошо подходящими для различных применений, от креплений для оборудования до стелек для спортивной обуви. Алюминий не поглощает вибрации так хорошо, как композиты.
Композиты против дерева
Древесина – универсальный материал, используемый во множестве изделий. Но если вы когда-либо снимали краску с деревянной лодки или реставрировали мебель, вы знаете, что она требует большого ухода. Композитные материалы, с другой стороны, выдерживают испытание временем.
Дерево имеет долгую историю использования – от орудий труда в каменном веке до повозок в средние века и современной мебели. Сегодня он остается основным материалом для различных применений – от деревянных каркасных домов до фонарных столбов. Но древесина имеет явные недостатки, в том числе подверженность вредителям, влаге и короблению.
Древесина на самом деле представляет собой натуральный композит – комбинацию целлюлозного волокна и лигнина. Некоторые композитные материалы, в том числе удочки и стержни клюшек для гольфа, копируют естественный дизайн древесины, такой как бамбук. Но искусственные композиты имеют явные преимущества перед деревом:
✔︎ Композиты долговечны – Древесина со временем гниет. Вспомните о морском транспорте: деревянные лодки требуют значительного ухода, чтобы прослужить владельцу всю жизнь, в то время как многие композитные лодки остаются на плаву более 50 лет при регулярном техническом обслуживании.
✔︎ Композиты стабильны по размерам – Они сохраняют свою форму и размер, когда они горячие или холодные, влажные или сухие. С другой стороны, древесина набухает и сжимается при изменении влажности.
✔︎ Композиты не требуют особого ухода – В таких сооружениях, как например жилая палуба, это имеет решающее значение. Композитные настилы можно мыть водой с мылом, в то время как деревянные настилы необходимо регулярно мыть, проверять на гниль, шлифовать и окрашивать.
✔︎ Композиты просты в транспортировке и установке – благодаря своему весу композиты являются идеальной заменой дереву в таких конструкциях, как опоры для инженерных сетей: их транспортировка обходится дешевле, и их проще устанавливать в удаленных местах, чем их деревянные аналоги.
✔︎ Композиты устойчивы к вредителям – термиты, муравьи-плотники, жуки и другие вредители разъедают древесину, нанося значительный ущерб. Композиты не привлекают вредителей, что делает их идеальными для всего, от оконных рам до подпорных стен.
Композиты против гранита
Гранит – тяжеловес в мире материалов, его можно найти во всем, от столешниц до бордюров. Но именно это свойство – большой вес – вызывает проблемы в некоторых конструкциях. Легкие композиты также могут выдерживать удар, не добавляя веса.
Одно из самых популярных применений гранита – кухонные столешницы. В то время как многие домовладельцы считают гранит шикарным материалом, существуют компромиссы при использовании этого стильного материала. Пористый камень легко окрашивается, содержит бактерии, требует значительного ухода и много весит. Гранитные столешницы часто требуют большое количество опор для поддержки дополнительного веса.
Когда потребители рассматривают композитные изделия для кухонь и ванных комнат, они могут вызвать в воображении образы ламинированных столешниц 1970-х годов. Но композиты прошли долгий путь. Современные композиты, которые иногда называют искусственным камнем или литым полимером, предлагают потребителям множество преимуществ:
✔︎ Композиты непористые – это делает их гораздо более гигиеничными, чем гранит, который может скрывать кусочки пищи и бактерии в своих щелях. Композиты также могут противостоять дезинфицирующим средствам, не повреждая материал, в отличие от гранита.
✔︎ Композиты просты в уходе – они не требуют герметиков или специальных чистящих средств. Поскольку гранит пористый, его необходимо ежегодно герметизировать, чтобы предотвратить окрашивание. А чистящие средства, такие как обезжириватели и стеклоочистители, удаляют герметик.
✔︎ Композиты недороги – например, гранитные раковины обычно стоят в 5-10 раз дороже композитных раковин. Кроме того, они требуют профессиональной установки, что повышает стоимость. Установка легких композитных раковин может быть осуществлена самостоятельно.
✔︎ Композиты предлагают бесконечные варианты внешнего вида – им можно легко придать любую форму и любой цвет, что делает композиты предпочтительным выбором для домовладельцев, которым нужны выделяющиеся дизайном стойки, душевые кабины, ванны и многое другое. Гранит должен быть тщательно отобран, подобран и огранен.Кроме того он доступен в ограниченном количестве цветов.
✔︎ Композиты термостойкие – композиты сохраняют свою целостность при воздействии высоких температур. И наоборот, гранитные поверхности не могут поглощать тепло, поэтому они могут отколоться, если на них поставить горячую посуду.
Композитные материалы уже не те, что раньше, и это хорошо!