Komposiitti

Komposiitti on kahden tai useamman materiaalin (metalli, puu, muovi tai keraami) yhdistelmä, jossa materiaalit toimivat yhdessä, mutta eivät ole liuenneet tai sulautuneet toisiinsa. Myös puu itsessään on orgaaninen komposiitti jonka rakenneaineena on selluloosa ja sidosaineena ligniini. Sana komposiitti tulee englannin kielen sanasta ”composite”, jonka suomennos on ”yhdistetty”. Valmistettaessa komposiitteja on tavoitteena maksimoida kahden tai useamman eri materiaalin hyvät ominaisuudet ja minimoida huonot ominaisuudet niin, että tulos on enemmän kuin näiden yksittäisten osiensa summa.
Komposiittimateriaaleja ovat muun muassa teräsbetoni (metalli-keraami) ja lasikuitu (keraami-muovi). Puukomposiitti, joka koostuu puusta ja muovista. Auton rengas, joka koostuu kumista ja metallilangoista, on myös komposiittimateriaali. Eräs luokka komposiitteja ovat kuumankestävät hiili-hiili-rakenteet, joita käytetään rakettimoottoreiden suuttimien kurkussa.
Olennaista komposiittimateriaaleissa on niiden ominaisuuksien muuntelukyky suunnittelun avulla. Tässä ne poikkeavat metalliseoksista. Toinen ero on usein se, että materiaalin esimerkiksi lujuusominaisuuden ovat eri suuntiin erilaiset. Materiaali ei tällöin ole isotrooppinen ja homogeeninen vaan ortotrooppinen. Lasikuitu- ja hiilikuitulujitteiset komposiitit ovat kevytrakenteissa yleisimmät.

Historia

Vuosisatoja ennen ajanlaskun alkua ihmiset keksivät komposiitit valmistaessaan tiiliä sekoittamalla olkia ja savea. Muinaisessa tiilikomposiitissa oljet olivat kuitulujite ja savi toimi matriisina. Myös laastin ja betonin käyttö rakentamisessa on aivan yhtä vanhaa. Rakennusten ja siltojen valmistuksessa on käytetty teräskiskovahvisteista betonia jo viimeiset 150 vuotta.
Ensimmäinen patentti muovikomposiittien alalta myönnettiin 1900-luvun alussa, ja se koski fenolimuovien lujittamista. 1930-luvulla kehitettiin polyesteri- ja epoksimuovit, jolloin muovikomposiitit alkoivat saada kaupallista merkitystä. Ensimmäiset menetelmät muovikomposiittien massatuotantoon kehitettiin 1940-luvulla. Kuitulujitteisista muoveista kehitettiin läpinäkyviä 1950-luvulla, ja niitä alettiin käyttää veneiden rungoissa, autojen koreissa ja kuorma-autojen hyteissä.
Lasikuitu kehitettiin teollisen vallankumouksen jälkipuoliskolla. Tekstiiliteollisuus oli jo pitkälle automatisoitunut, ja samoja tekniikoita voitiin soveltaa rihma- ja lankamaisten lasikuitujen valmistuksessa. Hiilikuituja käytettiin jo noin sata vuotta sitten sähkölamppujen lankoina, mutta nämä langat eivät haurautensa takia soveltuneet rakennusmateriaalien osaksi. Hiilikuituja tutkittiin ja kehitettiin 1940-luvun loppupuolelta alkaen, mutta käytännön sovelluksiin ne tulivat vasta vuosikymmen myöhemmin. Hiilikuitujen laajempi käyttö alkoi 1960–1970-lukujen vaihteessa uusien tekniikoiden kehittymisen myötä, ja komposiittia alettiin käyttää muun muassa lentokoneissa ja urheiluvälineissä. Komposiittimailat jääkiekossa ja jääpallossa alkoivat yleistyä 1990-luvulla, jolloin kehitettiin boori-, piikarbidi- ja alumiinikuituja, joista valmistetuilla komposiittimateriaaleilla on erittäin suuri paineensietokyky.

Puukuitukomposiitit Suomessa

Kotimaisista valmistajista toinen on erikoistunut puukuitukomposiitin valmistukseen ja toinen tarralaminaattijätteestä valmistettuun komposiittiin. Tärkeimmät sovellukset ovat rakentamisen säänkestävät ratkaisut.