Dřevo je geniální kompozit 1.díl

Při spojení slov dřevo a kompozit většinu lidí napadne překližka, nebo jiný lepený či aglomerovaný materiál. Dřevo je však úžasný přírodní materiál, který má kompozitní charakter sám o sobě.

V současnosti se vědci snaží tvořit materiály, které by měly splňovat co nejlepší pevnostní a jiné vlastnosti, jako například karbon, který postupně vytlačuje skleněné kompozity. Dřevo a průmyslově vyráběné kompozity mají společnou jednu z nejpodstatnějších věcí: při mechanickém namáhaní je to směr, kterým působíme na vlákna ve vláknitých kompozitech.

V prvním článku naší série o kompozitech se budeme věnovat otázkám: Co jsou to kompozity, Jak vlastně tyto materiály vznikly a Jaké jsou jejich fyzikální a mechanické vlastnosti?

i Foto: Archiv redakce

Co je to kompozit?

Kompozitní materiál, nebo zkráceně kompozit, je obecně vzato materiál ze dvou, nebo více substancí s rozdílnými vlastnostmi. Ty dohromady dávají výslednému výrobku nové vlastnosti, které nemá sama o sobě žádná z jeho součástí. Běžný kompozit tvoří složka krystalická a amorfní. Jestliže do pryskyřice či plastu přidáme výztuž ve formě vláken, která mají vysokou tuhost, pevnost a teplotní stabilitu, získáme zcela novou, unikátní skupinu materiálů synergicky kombinujících mechanické vlastnosti výztuže se snadností zpracování polymerů. Tato skupina materiálů se nazývá vláknové polymerní kompozity či vláknové kompozity s polymerními matricemi. [1] U dřeva jsou těmito základními složkami celulóza (krystalická část) a lignin (amorfní část).

Na Obr.1 je graficky znázorněn obecný kompozit. Horní část obrázku představuje jednoduchý kompozit větších a jednodušších struktur, např. železobeton. Spodní část ilustruje strukturu vláknitých kompozitů.

Obr.1: Znázornění kompozitu

Historie kompozitních materiálů

Přírodní bio-kompozity existují na planetě již miliony let a dřevo je jedním z nich. V minulosti se na dřevo jako kompozit nepohlíželo. Byl to jednoduše materiál, který měl svoje vlastnosti, ale důvody proč tomu tak bylo nikoho příliš nezajímaly a pochopitelně nebyla dostupná technika k jejich zkoumání. S největší pravděpodobností byla prvním lidsky vyrobeným kompozitem zeď domu. Ta se skládala ze slámy a jílu - sláma představuje výztuhu (vlákna), jíl matrici.

Od dob Egypta jsou známy pokusy se sklem a skleněnými kompozity a před 150 lety byl postaven první železobetonový most. Rozvoj materiálového inženýrství ve 20. stol. předznamenal prudký vývoj nejen samotných kompozitních materiálů, ale díky zvyšující se technické úrovni přístrojů a technologií, i nový pohled na ně.

Fyzikální a mechanické vlastnosti kompozitů

Kompozity jsou charakteristické především nízkou hustotou obvykle 1600 až 2000 kg/m³ (dřevo: 130-1360 kg/m³) ve srovnání s ocelí (7800 kg/m³) či hliníkem (2700 kg/m³), velmi široký interval pevností od 200 do 3000 MPa (dřevo: 70-130 MPa) a tuhostí od 10 do 200 GPa (dřevo: 10 GPa) ve srovnání s tradičními materiály poskytujícími pouze diskrétní hodnoty těchto veličin.

Bude Vás zajímat: 6 důvodů pro KVH hranoly

Velkou předností je i nekorozivnost, odolnost proti opotřebení, minimální tepelná vodivost je 300x nižší než u hliníku (dřevo: 1000x), elektroizolační vlastnosti, prakticky nulový útlum elektromagnetických vln a vysoký útlum zvukových vln. Dalšími atraktivními výhodami nabízenými kompozity jsou přednosti ekonomické (především z hlediska dlouhodobého užívání) a výrobně zpracovatelské (zjednodušení a zefektivnění montáže).[1]

V příštím díle se zaměříme na srovnání dřeva s ostatnámi materiály a podíváme se blíže na jeho mikrostrukturu, která se nápadně podobá některým průmyslově vyráběným produktům.