חומר מרוכב

חומר מרוכב הוא מבנה הנדסי העשוי ממספר חומרים שונים בעלי תפקידים ייעודיים במבנים כדי ליצור חומר יותר טוב. לחומרים המרכיבים את החומר המרוכב תכונות פיזיקליות ו\או כימיות שונות באופן משמעותי, כדי לייצר חומר עם התכונות המבוקשות. החומרים השונים נשארים מופרדים גם לאחר יצירת החומר המרוכב וניתן להבחין בהם גם ללא מיקרוסקופ במוצר המוגמר.

קיימים ארבעה סוגים של חומרים מרוכבים:

חומר סיבי המחוזק במטריצת מילוי.
חומר מבנה כריך - מעטפת קשיחה ומילוי רך.
חומר תאי.
חומר רב פאזי - החדרת זיהומים לתוך חומר אחר.

היתרון המרכזי של החומרים המרוכבים הוא יחס קשיחות למשקל גבוה ועמידות טובה בטמפרטורה גבוהה. החומר המרוכב הוא היחיד שבו ניתנת אפשרות לתכנן, לקבוע את תכונות החומר.

השימוש הנפוץ ביותר בחומרים מרוכבים הוא כפולימר אשר בתוכו ספוגים סיבים. דוגמה לחומר מרוכב היא בטון.

בעיה נפוצה בחומרים מרוכבים היא שבגלל הפיזור של הסיבים בתור החומר לכל הכיוונים, ביצירת פגם מקומי יכולה להיות השפעה על תכונות החומר כולו. בהכנסת קדח לחומר, נוצרת משיכה של הסיבים וקטיעתם באזור הקדח, דבר שיכול ליצור נזק סביבתי רחב היקף. לדוגמה, מקדח בקוטר 1 מ"מ עלול להתקבל נזק לטווח של חצי מטר.

בחומר מרוכב רואים התקדמות סדקים לא ישרה (כמו במתכות) אלא אם כן זו קורוזיית מאמצים. נוצר נזק נפחי, בו הסדק מתפתח ונע לכל השכבות לכל הכיוונים. כיווני ההתקדמות תלויים בחוזק השכבות.

החומר המרוכב יכול להיכשל גם במימד המיקרוסקופי וגם המאקרוסקופי. כשל דחיסה וכשל מתיחה יכולים להיווצר ברמה המאקרוסקופית כמו בחומרים הומוגניים, וברמה המיקרוסקופית עקב כשל של הסיבים המרכיבים את החומר.

FRP

חומרי פלסטיק/פולימר מחוזקים (FRP ראשי תיבות של Fibre-reinforced plastic) הם חומרים מרוכבים, העשויים ממטריצת פולימר מחוזק עם סיבים. הסיבים עשויים בדרך כלל מפיברגלס, או פחמן ואילו הפולימר הוא בדרך כלל אפוקסי, פוליאסטר תרמוסטי, וינילסטר או פלסטיק אחר. חומרי פלסטיק מחוזקים נפוצים בתעשיית הבנייה, חלל, רכב וימאות.

ב- FRP משתמשים ל:

חיזוק מבנים - ניתן ליישם FRP על מנת לחזק את הקורות והעמודים במבנים. ניתן להגדיל את הכוח של חלקי מבנה אלו גם אחרי שנפגעו קשות בשל תנאי העמסה.
חיזוק קורות, קיימות שתי טכניקות מקובלות: הראשונה היא להדביק לוחות FRP לתחתית הקורה (בדרך כלל באזור המתיחה). ההדבקה מגדילה את כוחה של הקורה, הקשיחות וההתנגדות למתיחה, שכן ההתנגדות של הלוחות תתחזק בתוספת כוח מתיחה של FRP. השיטה השנייה עוטפת את הקורה בצורת U ברצועות FRP וכתוצאה מכך נוצרת התנגדות גזירה גבוה יותר.
חיזוק עמודים - עמודים בבניין יכול להיות עטופים עם FRP להשגת חוזק גבוה. השיטה פועלת על ידי ריסון ההתפשטות לרוחב העמודה.