Nguồn gốc của vật liệu tổng hợp đã lùi xa trong lịch sử. Hỗn hợp nhân tạo phổ biến nhất là sự kết hợp giữa rơm và bùn để làm gạch xây dựng. Một ví dụ khác là bê tông, kết hợp xi măng và sỏi. Các vật liệu tổng hợp gần đây sử dụng các polyme làm nhựa hoặc ma trận để giữ hỗn hợp lại với nhau và các loại sợi khác nhau làm vật liệu gia cố. Những vật liệu tổng hợp polymer này đã cải thiện hiệu suất của nhiều sản phẩm hiện đại.
Ma trận
Mục đích của ma trận là liên kết các sợi của cốt thép với nhau để các ứng suất được phân phối khắp vật liệu. Ma trận nhựa cũng tạo thành một bề mặt cứng bảo vệ vật liệu gia cố khỏi bị hư hại. Vật liệu ma trận polymer có hai loại: nhiệt và nhựa nhiệt dẻo. Một ma trận nhiệt được tạo ra bởi một hoạt động bảo dưỡng hóa học không thể đảo ngược của nhựa để tạo thành một hỗn hợp vô định hình. Bình giữ nhiệt có khả năng chịu nhiệt độ cao, khả năng chống dung môi tốt và ổn định kích thước cao.
Nhựa nhiệt dẻo được hình thành bằng cách nung nóng đến nhiệt độ quá trình và tạo thành sản phẩm thành hình dạng mong muốn. Chúng có độ nhớt rất cao, khiến chúng khó sản xuất hơn. Nhựa nhiệt dẻo có nhiều khả năng chống nứt và hư hại do va chạm hơn so với vật liệu tổng hợp nhiệt.
Xơ
Vai trò của cốt sợi là thêm sức mạnh và độ cứng cho vật liệu kết hợp. Gia cố có ba dạng: hạt, sợi liên tục và sợi không liên tục. Vật liệu gia cố ban đầu là rơm, cây gai dầu và thủy tinh. Vào những năm 1940, các nhà sản xuất bắt đầu kết hợp sợi carbon và sợi thủy tinh với nhựa polymer để tạo ra một hỗn hợp mạnh có thể được sử dụng cho vỏ máy bay.
Sức mạnh
Một lợi thế đáng kể của vật liệu tổng hợp polymer là tỷ lệ cường độ trên trọng lượng chịu kéo cao. Vật liệu tổng hợp có sợi polyaramid mạnh hơn năm lần so với thép trên cơ sở pound-for-pound. Các sợi trong các vật liệu tổng hợp này có thể được sắp xếp trong quá trình sản xuất theo mô hình đa hướng, lan truyền ứng suất trong toàn bộ vật liệu. Tuy nhiên, những vật liệu này có cường độ nén thấp, có nghĩa là chúng có thể dễ dàng bị phá vỡ dưới những lực đột ngột, sắc bén. Một hỗn hợp polymer thành phẩm sẽ có bề mặt nhẵn, làm cho nó hữu ích để giảm lực cản khí động học trong máy bay.
Khả năng phục hồi
Vật liệu tổng hợp polymer có khả năng chống ăn mòn hóa học, trầy xước, rỉ sét và nước biển tuyệt vời. Những đặc điểm này đã dẫn đến các ứng dụng trong thân máy bay, phụ tùng xe đạp, xe quân sự, tàu hỏa và tàu thuyền. Bởi vì độ bền của chúng để mặc, vật liệu tổng hợp giá rẻ đã tìm thấy việc sử dụng trong ghế ngồi, tường và sàn trong xe buýt và tàu điện ngầm.
Chi phí
Chi phí sản xuất vật liệu tổng hợp polymer và tạo thành chúng thành các sản phẩm hữu ích là nhược điểm chính. Vật liệu tổng hợp polymer được sản xuất bởi một quy trình tốn nhiều công sức được gọi là lay-up làm chậm tốc độ sản xuất, làm cho các sản phẩm giảm chi phí hiệu quả cho khối lượng sản xuất cao. Vật liệu tổng hợp polymer tiên tiến cũng đắt như vậy để sản xuất. Những công thức tiên tiến này đòi hỏi đào tạo tốn kém hơn cho lao động và cân nhắc môi trường và sức khỏe phức tạp hơn.
Vật liệu tổng hợp polymer đã tiếp tục phát triển trong những năm qua với quy trình sản xuất ít tốn kém hơn và công thức tốt hơn với các đặc tính độ bền và độ bền tốt hơn. Khi các nhà khoa học tìm hiểu thêm về mối quan hệ giữa nhựa và vật liệu gia cố, các ứng dụng của vật liệu tổng hợp polymer sẽ tiếp tục tìm thấy nhiều ứng dụng hơn trong các sản phẩm hàng ngày. Vật liệu tổng hợp mạnh hơn và nhẹ hơn sẽ tìm đường sử dụng kinh tế hơn trong vận chuyển, thuyền và các sản phẩm khác mà trước đây không thể nghĩ là có thể.
