复合材料取代传统材料的 4 个原因

投稿专栏 • 2023年1月2日 10:42 • 阅读 646

复合材料结合了传统材料必须提供的许多最佳品质。复合材料的两个组成部分包括增强材料（通常是高性能纤维，如碳或玻璃）和基质（如环氧聚合物）。矩阵将钢筋结合在一起以合并两个原始组件的优点。复合材料正在改进从航空航天到可再生能源等各个行业的设计过程和最终产品。每年，复合材料都在继续取代钢和铝等传统材料。随着复合材料成本的下降和设计灵活性的提高，碳纤维和玻璃纤维等纤维增强复合材料为工程师开辟了新的设计机会。

1. 复合材料具有高强度重量比。

也许复合材料的最大优势是它们的高强度重量比。碳纤维的重量大约是钢的 25%，是铝的 70%，按重量计算，碳纤维比这两种材料的强度和刚度都高得多。高端汽车工程师使用复合材料将车辆重量减轻多达 60%，同时提高碰撞安全性；多层复合材料层压板比传统的单层钢材吸收更多的能量。利用复合材料的力量对制造商和消费者都有利。

2. 复合材料经久耐用。

无论环境如何，复合材料都不会生锈（尽管它们在与金属部件粘合时容易腐蚀）。复合材料的断裂韧性低于金属，但高于大多数聚合物。它们的高尺寸稳定性使它们能够保持其形状，无论是热的还是冷的，湿的还是干的。这使它们成为风力涡轮机叶片等户外结构的流行材料。工程师选择复合材料而不是传统材料来降低维护成本并确保长期稳定性，这对于设计可使用数十年的结构而言是主要优势。

3.复合材料开辟了新的设计选择。

复合材料提供了传统材料难以实现的设计选项。复合材料允许零件合并；单个复合材料零件可以替代金属零件的完整组件。可以更改表面纹理以模仿任何饰面，从光滑到有纹理。超过 90% 的休闲船船体由复合材料制成，部分原因是玻璃纤维可以模制成各种船型。从长远来看，这些好处可以节省生产时间并降低维护成本。

4. 复合材料现在更容易生产。

过去，工程师必须使用复杂的叠层工艺来制造复合材料，这既耗时又限制了设计几何形状。数字复合材料制造(DCM) 改变了这一点。DCM 是一种获得专利的制造工艺，无需人工即可制造复合材料部件。借助 DCM，复合材料可以在局部或全局的三个维度上进行定制，从而为项目创造恰到好处的强度、密度和灵活性。DCM 使工程师能够结合 3D 打印的灵活性和复合材料的高性能进行设计。