При въезде в военный поселок Звездный Пермского края стоят бронзовые кирзачи весом 40 кг. «Солдатские сапоги» – памятник не только воинской славе, но и первому отечественному композиционному материалу, изготовленному с использованием синтетических компонентов, кирзе.
Термин «композиционные материалы» (КМ) относительно молод, ведь наука о КМ как раздел материаловедения зародилась лишь в шестидесятых годах ХХ века. Но природные композиционные материалы появились еще тогда, когда человека не было на Земле. Раковины моллюсков, кораллы, древесина, трубчатые кости птиц и других животных, бамбук… Комбинируя различные компоненты, природа создавала материалы с необычными свойствами – очень прочные, легкие, жесткие или гибкие.
История рукотворных искусственных композиционных материалов восходит к истокам цивилизации. Первые упоминания можно найти в Библии: предполагают, что Ноев ковчег был построен из тонких деревянных пластин, склеенных смолой. Но есть и более надежные материальные свидетельства. В древности люди строили речные суда из камыша, пропитанного смолой, изготавливали слоистые боевые луки, прочные и гибкие, египтяне мумифицировали фараонов, обматывая умерших лентами из ткани, пропитанными смолами. Можно привести множество более прозаических примеров изобретательности человека, который догадался добавлять солому в глину для кирпичей, чтобы повысить их прочность и теплоизоляцию, конский волос – в штукатурку, бумажную массу – в гипс.
Искусственные композиционные материалы придумывали тогда, когда возникала потребность улучшить свойства того или иного традиционного материала либо заменить дорогой и редкий природный материал, запасы которого на Земле ограничены. Возьмем, к примеру, обложки для книг. Бумажные и тканевые быстро выходят из строя, а для кожаных переплетов, почти что вечных, кожи не напасешься. Так в XVIII веке появился коленкор – многослойная хлопчатобумажная ткань полотняного плетения (обычно миткаль), пропитанная крахмально-каолиновым аппретом с добавками разных пигментов, который придавал материалу жесткость. Из коленкора многие десятилетия делали обложки для книг и тетрадей, поскольку он не истирается и хорошо воспринимает тиснение фольгой и печать трафаретными и переплетными красками. В конце XIX века коленкор начали покрывать слоем латекса, поэтому он стал не только более прочным, но и водостойким. А в XX веке на его поверхность наносили прозрачный нитроцеллюлозный лак с тем же результатом.
Еще один пример – балетные туфельки. В прежние времена их носки, пуанты, упрочняли вставками из натурального пробкового дерева: этот материал прекрасно переносил большие нагрузки во время танца. Однако балетные туфельки быстро снашиваются, а пробковых деревьев не так уж и много на планете. Поэтому вкладыши из натурального материала пришлось заменить композиционным – многослойной проклеенной хлопчатобумажной тканью. Балет от этого нисколько не пострадал.
Точно так же, по причине жесткой необходимости, в начале ХХ века появилась и кирза, истинный композиционный материал. Уточнение «истинный» здесь не случайно. С термином «композиционные материалы» мы сегодня обращаемся вольно. Действительно, большинство современных материалов представляют собой композицию. Однако материаловеды второй половины ХХ века сформулировали довольно четкие критерии, по которым мы можем отличить композиционный материал от прочих. Во-первых, он должен быть создан руками человека и состоять из двух и более компонентов, различных по составу, которые разделены выраженной границей. Причем состав, форма и распределение компонентов должны быть спроектированы заранее. Во-вторых, композиционный материал должен быть однородным в макромасштабе и неоднородным – в микромасштабе, а также обладать новыми свойствами, отличными от свойств компонентов, но привносимыми ими.
С точки зрения этих формальных критериев не совсем корректно относить к композиционным материалам дерматин, гранитоль, ледерин и клеенку. Они состоят из одного слоя ткани (льняная мешковина, грубая ткань молескин, миткаль, бязь), покрытого с одной или обеих сторон водоотталкивающей пленкой (нитроцеллюлозой). А вот многослойная кирза отвечает всем требованиям, предъявляемым к КМ.
