מה זה מוצרים מרוכבים?

חומר מרוכב זה חומר שבנוי משני חומרים טהורים (או יותר), בעלי תכונות כימיות ופיזיקליות שונות, המאוחדים יחד ליצירת חומר 'חדש' שתכונותיו שונות מכל אחד מהחומרים בנפרד – התכונות שלו הן בעצם איחוד של חלק מהתכונות של כל אחד מהחומרים המרכיבים אותו. בחומר המרוכב הרכיבים אמנם 'מעורבבים' יחד, אבל בצורה גסה / מאקרוסקופית, כך שכאשר מסתכלים על החומר המוגמר אפשר לראות בו את הרכיבים שמהם הוא בנוי.

החומר המרוכב הנפוץ ביותר הוא בטון – שמכיל תערובת של מלט (שמשמש כחומר הדבק של התערובת), חול, חצץ ורשת ברזל (אם מדובר בבטון 'מזוין'). תכונות הבטון הן שילוב ולכן גם עולות על תכונות כל אחד מהחומרים המרכיבים אותו בנפרד.

גם הטבע מייצר חומרים מרוכבים. עץ הוא דוגמא לחומר מרוכב. העץ אינו חומר 'אחיד' אלא מורכב בעיקר משני רכיבים עיקריים – סיבים ארוכים וחזקים של תאית, שמודבקים יחד באמצעות חומר שנקרא ליגנין (שמתפקד כמעין דבק / פלסטיק). התוצאה היא חומר שהוא גם חזק מאוד בפני מתיחה, וגם בעל גמישות כתכונות הסיבים, וגם חזק מאוד בפני לחץ – כתכונות הליגנין.

חומרים מרוכבים מודרניים

חומרים מרוכבים מודרנים דומים למבנה שהטבע יצר בעץ, לקיחת חומרים גמישים וחיבור שלהם עם חומר מחברים/דבקים.

סיבים הינם חומרים בעלי גמישות רבה, ועמידות רבה בפני מתיחה, אבל לא עמידים כלל בפני לחץ.

דבקים הינם לרוב קשיחים, אולם לא עמידים לרוב בפני מתיחה, אבל כן עמיד בפני לחץ.

חיבור של שני סוגי חומרים בעלי תכונות כאלו יוצר חומר שמצד אחד עמיד גם בפני לחץ, וגם בפני מתיחה, ומצד שני גם גמיש. כיוון שאפשר להשתמש בכמות קטנה של סיבים המצופים בכמות קטנה של דבק החומר המתקבל הוא גם קל משקל. השוני בין רוב החומרים המרוכבים המודרניים השוני הוא בסוג הסיבים שבהם משתמשים וסוג הדבק שמאגד אותם.

פיברגלאס

החומר המרוכב הראשון שכולנו מכירים מסביבנו הן סיבי זכוכית – פיברגלס. השימוש בפיברגלס נפוץ היום בכל תחומי החיים: מגלשות לילדים, מכוניות, גלשנים, סירות ואפילו יאכטות קטנות מיוצרים היום מסיבי זכוכית המצופים בדבק פלסטי כלשהו. סיבי זכוכית קטנים עמידים בפני מתיחה ובעלי גמישות, וציפוי הפלסטיק מקשה אותם ומגן עליהם.

היתרונות הבולטים של סיבי זכוכית, הינם החוזק הרב שלו. יתרון נוסף של הפיברגלס שהוא מהווה חומר בידוד מעולה. עמיד מאוד בסביבה של כימיקליים, אינו מוליך חשמל, שקוף למכ"מים וגלי רדיו. החוזק של של סיבי הזכוכית ביחס למשקל שלו נותן לו יתרון למוצרים הדורשים עמידות לפגעי מזג אוויר ואפשרות ניוד ובמהירות. ואולם היתרון הגדול ביותר של סיבי הזכוכית טמון באפשרות לעצב אותם בקלות יחסית, ולייצר ממנו מוצרים מורכבים בזמן קצר מאד.

סיבי פחמן

החומר החדשני ביותר שמשמש כסיב בחומר מרוכב הוא סיבי פחמן. סיבי פחמן הינם סיבים דקים בקוטר של כמאית המילימטר המכילים בעיקר אטומי פחמן. מיצרים אותם על ידי פיחמון סיבים של חומר אורגני אחר, כמו חוטים או בדים של משי או פוליאסטר על ידי חימומם בסביבה נטולת חמצן. דומה לתהליך שבו מייצרים פחמים ל'מנגל''–שם מחממים חתיכות של עץ ללא נוכחות אוויר, והעץ עובר תהליכי פירוק עד שהופך לפחם.

יריעות הפחמן מצטיינות במשקל קל ובחוזק מתיחה רב (יחסית למשקלם) ומשמשות בבניית מוצרים הדורשים משקל קל וחוזק מתיחה רב, כמו כנפיים של מטוסים, אופנועי ואופני מירוץ, חכות דייג וכדומה. כאשר הסיב נמצא ללא תוספות אפשר לכופף אותו בקלות, אבל הספגתו בפולימר כמו דבק אפוקסי, יוצרת חומר קשה עמיד ודק.

סיבי הפחמן מהווים מעין שלד חזק בחומר – כמו תפקיד רשת הברזל שנמצאת בתוך בטון מזויין שמשמש לבניית מקלטים וממ"דים. תחילה מעצבים את הצורה הדרושה מיריעות הפחמן, כמו תפירה של בגד, למשל צינור שישמש כחכת דייג, או צורה אליפטית שיוצרת כנף-מטוס, אחר-כך 'מלבישים' את הבד על תבנית בצורה הרצוייה ולבסוף מספיגים אותו בפולימר המקשה.

בעשור האחרון סיבי הפחמן תעשיית התעופה והרכב מחליפים את חומרי הגלם (בעיקר אלומיניום) מכוון שהוא גם קל יותר ומביא לחיסכון במשקל ודלק – וגם לא נפגע מקורוזיה, כך שלא מצריך צביעת הגנה, מה שמוסיף לו עוד יתרון של משקל ועלויות תחזוקה נמוכה בהשוואה לחומר הבנייה הקודם.

סרטון: מה זה חומרים מרוכבים?