复合材料如何发挥作用?

新材号 问题 109

复合材料可以定义为人工制备或天然的多相,其表现出组成材料的显著特性,从而产生更优质、更坚固的产品。

复合材料由两种或多种具有不同特性的材料组合而成,为航空航天、国防、汽车等各个工程领域的应用打开了广阔的窗口。

复合材料的两个基本成分是:

  • 基质相:它是包围复合材料并赋予其本体形状的连续主体成分(分散相)。它可以是聚合物、金属或陶瓷材料。
  • 分散相:它是决定复合材料内部结构并赋予其整体形状的结构成分(分散相)。它可能是纤维、颗粒、薄片或晶须。

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    复合材料见解和实用建议
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    其功能取决于复合材料的结构。

    例如,玻璃纤维复合材料具有 4 层,以 0* 或 90* 角单向纤维排列,则其将显示出最大的抗拉强度。如果核心层或中间层以 45* 角倾斜,则抗拉强度将降低,但抗冲击力将增加。

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    复合材料见解和实用建议
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    让我们以钢筋混凝土为例,它由耐压缩载荷的混凝土和耐拉伸载荷的钢棒/钢筋组成。将两者结合起来,我们就得到了一个坚固的结构。

    同样,我们有玻璃纤维,它能承受拉伸负荷,而树脂则擅长承受压缩负荷,将两者结合起来,我们就得到了纤维复合材料。树脂固化时会将玻璃纤维粘合在一起。

    与钢筋类似,玻璃纤维可以以特定方式定向,例如 0 度、90 度、+45 度或 -45 度,并且可以增加层数以达到所需的厚度和承载能力。

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    复合材料见解和实用建议
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    复合材料由两种或多种不同的材料组成,这些材料共同作用以形成具有增强性能的最终产品。这些材料可以是金属、陶瓷、聚合物甚至天然纤维的组合。

    其强度的关键在于材料的组合方式。每种材料中的纤维或颗粒以特定方式排列,并使用树脂或粘合剂粘合在一起,形成一个单一的、有凝聚力的单元。

    当受到应力或冲击等外力时,复合材料会将负载分散到其所有组成部分,使其比单独任何一种材料更坚固、更耐损坏。

    复合材料的应用范围从航空航天和汽车制造到体育器材和建筑材料。所以下次你乘坐飞机或挥动高尔夫球杆时,要知道复合材料在幕后辛勤工作!

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    复合材料见解和实用建议
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    复合材料的工作原理是将两种或多种不同的材料组合在一起,每种材料都具有独特的属性,从而创造出一种具有单一成分无法实现的增强特性的材料。复合材料的典型功能如下:

    1.增强相:复合材料包括增强相,例如纤维、颗粒或薄片。选择这些增强材料是因为它们的强度高、刚度高或其他理想的机械性能。常见的增强材料包括碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维(如凯夫拉纤维)和竹子或大麻等天然纤维。

    2.基体相:增强相周围是基体材料,通常是聚合物树脂,但有时也是金属、陶瓷或其他聚合物。基体将增强材料固定到位,将负载分散到整个结构中,并保护增强材料免受湿气和化学物质等环境因素的影响。

    3.相互作用和负载转移:复合材料的关键是增强材料和基体相之间的相互作用。当对复合材料施加负载时,无论是拉伸力、压缩力、弯曲力还是剪切力,基体都会将这些负载转移到增强材料上。而增强材料则承载负载并提供必要的强度和刚度。

    4.协同特性:通过以精确的比例和方向组合不同的材料,复合材料可以定制以表现出特定的特性。例如,碳纤维复合材料以其高强度重量比而闻名,使其成为航空航天和汽车工业轻量化应用的理想选择。另一方面,玻璃纤维复合材料具有出色的电绝缘性能,使其适用于电子外壳。

    5.制造工艺:复合材料可以通过各种工艺制造,例如铺层、纤维缠绕、拉挤、注塑和压缩成型。这些工艺允许工程师定制增强纤维的方向和体积分数,从而优化材料以满足特定的性能要求。

    6.应用:复合材料因其多功能性和优异的性能特征而广泛应用于众多行业。它们用于航空航天(飞机部件)、汽车(车身面板)、船舶(船体)、建筑(桥梁和建筑物)、运动器材(网球拍、自行车)和可再生能源(风力涡轮机叶片)。

    本质上,复合材料通过利用每个成分(增强材料和基质)的强度来创造一种超越传统材料局限性的材料,在各种应用中提供增强的性能、耐用性和效率。

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