复合材料特性和构成

复合材料——以越来越多样化的材料形式提供，并且可以通过广泛的成型和成型工艺进行制造——已经或即将成为全世界制造领域的焦点。

复合材料特性和构成

复合材料具有良好的振动阻尼和低热膨胀系数 (CTE)，这些特性可以针对特殊应用进行设计。复合材料具有抗疲劳性，并提供设计/制造灵活性，可以显着减少特定应用所需的零件数量——这转化为需要更少原材料、更少接头和紧固件以及更短组装时间的成品。复合材料还具有耐极端温度、耐腐蚀和耐磨性，尤其是在工业环境中，这些特性对降低产品生命周期成本有很大帮助。这些特性推动了复合材料的广泛应用。例如，在油价上涨的情况下推动燃油经济性，几乎所有机械运输方式都将轻量化作为优先事项，从自行车到大型商用飞机。

完全不同的材料

复合材料与传统材料的不同之处在于，复合材料部件包含两种截然不同的成分——纤维和基质材料（最常见的是聚合物树脂）——当它们组合在一起时，它们仍然是离散的，但可以相互作用以制造出一种新材料，其特性不能通过简单地将其组件的属性相加来预测。事实上，纤维/树脂组合的主要优势之一是其互补性。例如，细玻璃纤维表现出相对较高的拉伸强度，但容易受到损坏。相比之下，大多数聚合物树脂的拉伸强度较弱，但非常坚韧和可延展。然而，当结合起来时，纤维和树脂各自抵消了对方的弱点，产生了一种比其任何一个单独成分都更有用的材料。

复合材料的结构性能主要来源于纤维增强。用于大型市场的商业复合材料，如汽车部件、船只、消费品和耐腐蚀工业部件，通常由非连续、随机的玻璃纤维或连续但非定向的纤维形式制成。高级复合材料最初是为军用航空航天市场开发的，其性能优于传统结构金属，现在可用于通信卫星、飞机、体育用品、运输、重工业以及石油和天然气勘探和风力涡轮机的能源部门建造。

高性能复合材料的结构特性源自连续、定向、高强度的纤维增强材料（最常见的是碳、芳纶或玻璃），其基体可提高加工性能并增强机械性能，例如刚度和耐化学性。

可以控制纤维取向，这是可以在任何应用中提高性能的一个因素。例如，在复合高尔夫球杆杆身中，复合杆身内以不同角度定向的硼和碳纤维使其能够充分利用其强度和刚度特性，并能承受扭矩载荷和多重弯曲、压缩和拉伸力。

基质可以是聚合物、陶瓷或金属的。在商业和高性能航空航天应用中，最广泛用于复合材料的聚合物基体是热固性树脂，由聚合物链组成，当与催化剂混合、受热或两者兼有时，这些聚合物链会永久固化成交联网络。固化通常在高温和/或压力条件下在烘箱和/或真空袋或高压釜中进行。替代但较少使用的固化技术包括电子束、紫外线 (UV) 辐射、X 射线和微波工艺。

另一种最常用的基质类型是热塑性 (TP) 树脂，它被证明是复合材料制造商越来越受欢迎的选择。热塑性线性聚合物链形成并且可以通过熔化或软化然后冷却材料重新形成成形固体。

热塑性塑料通常以片材或面板形式出售，可通过原位固结技术进行加工，例如简单的压制成型，无需高压釜或真空袋固化即可制造坚韧、接近最终成型的零件由热固性塑料。TP 可改造性提供了纠正异常或修复在役损坏的潜力。