什么是复合材料（通用指南）

历史简介

人类使用复合材料已有数千年的历史。公元前 3400 年，第一批人造复合材料由伊拉克的美索不达米亚人设计。古代社会将木条以不同的角度粘合在一起，形成胶合板。此后，在公元前2181 年左右，埃及人开始用浸过石膏的亚麻布或纸莎草制作死亡面具。后来，这两个社会都开始用稻草加固他们的材料，以加固泥砖、陶器和船。

公元 1200 年，蒙古人开始设计复合弓，这在当时非常有效。这些是由木头、竹子、骨头、牛筋、牛角和丝绸制成的，并与松脂粘合在一起。

工业革命之后，合成树脂开始通过聚合形成固体形式。在1900 年代，这种关于化学品的新知识催生了各种塑料，例如聚酯、酚醛树脂和乙烯基塑料。然后开始开发合成材料，化学家 Leo Baekeland 创造了电木。它不导电且耐热的事实意味着它可以在许多行业中广泛使用。

1930 年代是复合材料发展的一个极其重要的时期。玻璃纤维由欧文斯科宁引入，他也开创了第一个纤维增强聚合物 (FRP) 行业。在这个时代设计的树脂至今仍在使用，并且在1936 年，不饱和聚酯树脂获得了专利。两年后，更高性能的树脂系统变得可用。

第一种碳纤维于1961 年获得专利，然后开始商业化。然后，在1990 年代中期，由于与以前使用的材料相比，复合材料的成本相对便宜，因此复合材料开始在制造工艺和建筑中变得越来越普遍。

2000 年代中期波音 787 梦幻客机上的复合材料证实了它们在高强度应用中的用途。

有哪些不同的类型？

一些常见的复合材料包括：

• 陶瓷基复合材料：陶瓷在陶瓷基体中展开。它们比普通陶瓷更好，因为它们具有抗热冲击和抗断裂性
• 金属基复合材料：遍布整个基体的金属
• 钢筋混凝土：用钢筋等高抗拉强度材料加固的混凝土
• 玻璃纤维增​​强混凝土：浇注到具有高氧化锆含量的玻璃纤维结构中的混凝土
• 半透明混凝土：包裹光纤的混凝土
• 工程木材：人造木材与其他廉价材料相结合。一个例子是刨花板。这种复合材料中还可以找到单板等特殊材料
• 胶合板：通过以不同角度将许多薄木层粘合在一起的工程木材
• 工程竹：将竹纤维条粘在一起制成板。这是一种有用的复合材料，因为它比木材具有更高的抗压、抗拉和抗弯强度
• 镶木地板：由许多木块组成的正方形，通常由硬木拼凑而成。它作为装饰品出售
• 木塑复合材料：塑料中的木纤维或面粉
• 水泥粘合木纤维：用水泥浇铸的矿化木片。这种复合材料具有绝缘和声学特性
• 玻璃纤维：玻璃纤维与相对便宜且柔韧的塑料相结合
• 碳纤维增强聚合物：碳纤维镶嵌在塑料中，具有高强度重量比
• 夹芯板：各种层叠在一起的复合材料
• 复合蜂窝：许多六边形的复合材料的选择，以形成蜂窝形状。
• 纸浆：用粘合剂装订的纸。这些是在工艺品中发现的
• 涂塑纸：涂有塑料以提高耐用性的纸。使用它的一个例子是在扑克牌中
• 合成泡沫：用微球填充金属、陶瓷或塑料制成的轻质材料。这些气球由玻璃、碳或塑料制成

为什么使用复合材料？

减轻重量是使用复合材料而不是传统材料制造组件的主要原因之一。虽然复合材料更轻，但它们也比其他材料更坚固，例如，增强碳纤维的强度是 1020 级钢的五倍，重量仅为五分之一，非常适合结构用途。

与传统类型的材料相比，使用复合材料的另一个优点是耐热性和耐化学性以及电绝缘性能。与传统材料不同，复合材料可以具有多种特性，这种特性在单一材料中并不常见。

纤维增强复合材料，例如纤维增强塑料（FRP 复合材料），越来越多地用于商业化最终产品的设计和制造。

复合用途示例

• 电子设备
• 航空航天结构
• 基础设施
• 管道和罐
• 房屋可以使用塑料层压梁构成框架