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复合材料定义、特性、分类及产品
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来源:足球体育直播    发布时间:2023-11-03 22:52:11

  复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。很多材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。(摘自360百科)

  复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料,其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍,还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。石墨纤维与树脂复合可得到膨胀系数几乎等于零的材料。

  纤维增强材料的另一个特点是各向异性,因此可按制件不一样的部位的强度要求设计纤维的排列。以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料,在500℃时仍能保持充足的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合,不但钛的耐热性提高,且耐磨损,可用作发动机风扇叶片。碳化硅纤维与陶瓷复合, 使用温度可达1500℃,比超合金涡轮叶片的使用温度(1100℃)高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨,构成耐烧蚀材料,已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小,用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧,其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。(摘自360百科)

  复合材料由于其优良的综合性能,特别是其性能的可设计性被大范围的应用于航空航天、国防、交通、体育等领域,纳米复合材料则是其中最具吸引力的部分,近年来发展非常迅速,世界发达国家新材料发展的战略都把纳米复合材料的发展放到重要的位置。该研究方向最重要的包含纳米聚合物基复合材料、纳米碳管功能复合材料、纳米钨铜复合材料。

  功能复合材料是指除机械性能以外而提供其他物理性能的复合材料。如:导电、超导、半导、磁性、压电、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防热、吸声、隔热等凸显某一功能。统称为功能复合材料。功能复合材料主要由功能体和增强体及基体组成。功能体可由一种或以上功能材料组成。多元功能体的复合材料可具有多种功能。同时,还有可能由于复合效应而产生新的功能。多功能复合材料是功能复合材料的发展方向。

  塑木是以锯末、木屑、竹屑、稻壳、麦秸、大豆皮、花生壳、甘蔗渣、棉秸秆等低值生物质纤维为主原料,与塑料合成的一种复合材料。

  它同时具备植物纤维和塑料的优点,适合使用的范围广泛,几乎可涵盖所有原木、塑料、塑钢、铝合金及其它类似复合材料的使用领域,同时也解决了塑料、木材行业废弃资源的再生利用问题。

  其主要特点为:原料资源化、产品可塑化、使用环保化、成本经济化、回收再生化

  树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

  目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高,因此增长率也比较快,年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面,近年来民用产品也有广泛应用,如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压能承受压力的容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维,是比较理想的耐热防火材料,用其增强酚醛树脂可制作成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件,大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止,中国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中,只有高强度玻璃纤维已达到国际领先水平,且拥有自主知识产权,形成了小规模的产业,现阶段年产可达500吨。

  碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到普遍应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测,土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间,宇航用碳纤维的年增长率估计为31%,而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。中国的碳纤维总体水平还比较低,相当于国外七十年代中、末期水平,与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主体问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

  20世纪80年代以来,荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场,年上涨的速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高,因此被大范围的应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件(如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等)、舰船(如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等)、汽车(如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等)以及耐热运输带、体育运动器材等。

  超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一,尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性,许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩,大幅度的提升了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域,在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

  热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体,以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制造成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、抵抗腐蚀能力、良好的粘接性能和较高的机械强度,大范围的应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。

  热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的,主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用上的要求不同,树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料,纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收 利用的优势,该品种的复合材料发展较快,欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

  earth traveler是一家位于美国新墨西哥州圣达菲市,由设计师angel irland创建的公司。earth traveler的理念和设计均源于鸟类结构,他们的产品秉承仿生学的概念。产品采用手工精雕细琢,造型设计符合空气动力学,并具有防风雨的效果。车体采用骨架拱形结构制成,承重部分的结构原件则采用了传统复合材料

  拖车采用复合材料制作而成,在减轻自重的同时,还保证了产品的高强度。而拖车超轻的秘密也在于这样一种材料,这样一种材料利用鸡的羽毛制成,拥有非常良好的隔热和防灾害性能。具公司创始人Angel Irland的说法,这样一种材料不仅含有羽毛,同时还植入了树脂材料,具有可媲美碳纤维的高强度。车体采用骨架拱形结构制成,承重部分的结构原件则采用了传统复合材料以及 Corecell(结构泡沫) 制作而成。

  宝马百年庆典上,宝马发布了一款名为 BMW VISION NEXT 100 的全新概念车,与下一个百年的命名相同。这款新车采用全新的复合材料,包括包括标准碳纤维生产中多余原料制成的材料,打破固有的传统理念。

  另外这款概念车内饰用料全部采用高品质的织物和易于回收的材料,取消真皮内饰减少使用木质部件,让整车更加迎合环保的理念。同时还包括了灵动结构等等前瞻科技技术,大约有 800 个可移动的三角设定在仪表板和车侧面板等区域,通过三维运动与驾驶者进行沟通。

  MAEZIO椅子是Covestro最新开发的材料,由无端纤维增强热塑性复合材料组成。多向层布局的主要设计思想是展示一个超大的视图,材料是小规模生产的。无数的薄膜状纤维彼此平行排列,并覆盖聚碳酸酯。

  在进一步的处理步骤中,所得到的二维磁带以不同的方向彼此叠放并压成薄片。使用特殊工具,这些床单被热成型成椅子的三个部件。它们代表了机械结构的三个方向。它们的正交排列提供了必要的稳定性。目标是以最小的材料厚度产生最大的承载能力。此外,连接元件能直接模压到部件上,故不需手动处理步骤。