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什么是复合材料？

发布时间：2024/11/26

组成部分

基体材料：它是复合材料中的连续相，起到粘结和固定增强材料的作用，同时将外部载荷传递给增强材料。常见的基体材料有聚合物（如环氧树脂、聚酯树脂等）、金属（如铝、镁等）、陶瓷（如氧化铝、氮化硅等）。例如，在以环氧树脂为基体的复合材料中，环氧树脂可以像胶水一样将其他材料粘在一起，并且在受到外力时，将力传递到其他增强材料上。

增强材料：它是复合材料中的分散相，主要用于提高材料的力学性能，如强度、刚度和韧性等。增强材料可以是纤维（如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等）、颗粒（如碳化硅颗粒、氧化铝颗粒等）或薄片（如云母片、金属薄片等）。以碳纤维为例，它具有很高的强度和模量，将碳纤维加入到基体材料中，就像在混凝土中加入钢筋一样，可以大大提高复合材料的强度。

性能特点

比强度和比模量高：复合材料的强度和模量（材料在受力状态下应力与应变之比）与其密度之比，即比强度和比模量，往往比传统材料高。这使得它们在对材料重量有严格限制的领域，如航空航天领域，有很大的优势。例如，碳纤维增强复合材料的比强度是钢的几倍，这意味着在相同强度要求下，使用碳纤维复合材料可以大大减轻结构的重量，从而提高燃油效率或有效载荷。

可设计性强：可以根据具体的应用需求，通过选择不同的基体材料、增强材料、它们的比例以及复合材料的成型方法，来设计出具有特定性能的材料。比如，如果需要一种具有高韧性和耐腐蚀性的材料，可以选择合适的聚合物基体和纤维增强材料，并确定它们的配比，来达到性能要求。

抗疲劳性能好：许多复合材料在反复加载和卸载的过程中，表现出良好的抗疲劳性能。例如，纤维增强复合材料在承受交变应力时，纤维可以阻止裂纹的扩展，使得材料能够承受更多的疲劳循环次数。这一特性使得复合材料在承受动态载荷的结构中应用广泛，如风力发电机的叶片。

成型方法

手糊成型：这是一种比较简单的成型方法。将增强材料（如玻璃纤维织物）铺放在模具上，然后用手工将基体材料（如树脂）涂刷在增强材料上，使其充分浸润，经过固化后得到复合材料制品。这种方法适合制作形状复杂、尺寸较大的制品，如小型游艇的船体、汽车车身的部分原型件等。但是手糊成型的制品质量受操作人员技术水平影响较大，生产效率相对较低。

模压成型：将预混好的复合材料（含有基体材料和增强材料）放入模具中，在一定的温度和压力下进行成型。这种方法可以生产出尺寸精度较高、表面质量较好的制品，如电器外壳、汽车零部件等。模压成型的生产效率较高，但模具成本也相对较高。

缠绕成型：主要用于制造具有回转体形状的复合材料制品。将连续的增强纤维（如碳纤维）浸渍在基体材料（如树脂）中，然后按照一定的规律缠绕在芯模上，经过固化后得到制品。这种方法常用于制造管道、容器、火箭发动机壳体等。例如，在制造高压气体容器时，缠绕成型可以使纤维按照最佳的受力方向分布，提高容器的强度。