復合材料的使用

復合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草或麥秸增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。20世紀40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復合材料這一名稱。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合，構成各具特色的復合材料。

復合材料的用途

熱固性樹脂基復合材料熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環(huán)氧樹脂的特點是具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。

再生塑料常用的添加劑有

(l)填料：多數(shù)填料起增強作用,同時也是塑料改性、制備復合材料的重要組成部分。填料在塑料組成材料中約占40%一70%,常用的填料有木粉、滑石粉、硅藻土、石灰石粉、炭黑、云母、二硫化鋁、石棉、玻璃纖維等。此外,由于填料都比合成樹脂便宜,故填料的加入能降低塑料的成本。

(2)固化：又稱硬化劑或熟化劑。其作用在于通過交聯(lián)使樹脂具有體型網(wǎng)狀結構,成為較堅硬和穩(wěn)定的橡膠制品,不同品種的樹脂應采用不同品種的固化劑。例如,在酚醛樹脂中加入,在環(huán)氧樹脂中加入、順丁烯二酸酐等。

(3)增塑劑：為了提高塑料在加工時的可塑性和制品的柔韌性、彈性等。在塑料制品的生產(chǎn)加工時要加入少量的增塑劑。增塑劑通常是具有不易揮發(fā)的分子量較低的固體或液體有機化合物。

(4)穩(wěn)定劑：人造草坪在成型加工和使用過程中,由于受熱、光氧的作用,過早地發(fā)生降解,氧化斷鏈、交聯(lián)等現(xiàn)象,使材料性能變壞。為了防止受熱、光照等的作用使塑料纖維過早老化而加入的少量能起穩(wěn)定化作用的物質(zhì)?？偟膩碚f, 環(huán)氧化的種子油或植物油如大豆油( ESBO) 等被大量用作塑料食品包裝材料的熱穩(wěn)定劑、潤滑劑和增塑劑等。聚氯乙稀、聚和聚等材料通常含有0. 1% ~ 27%不等的環(huán)氧化植物油。由于植物油中殘留的乙烯氧化物毒性極強, 因此油的純度將直接影響其毒性程度。通常, 其分子量越大(即溶解度越小), 毒性越弱。

(5)阻燃劑：作用是阻止燃燒或造成自熄,比較成熟的阻燃劑有氧化銻等無機物或磷酸酷類和含澳化合物等有機物。

(6)著色劑：為使塑料制品具有特定的色彩和光澤,可加入著色劑,其著色性是通過本身的高分散性顆粒分散于被染介質(zhì),其折射率與基體差別大,吸收一部分光,而又反射另一部分光線,給人以顏色的視覺。顏料不僅對塑料具有著色性,同時兼有填料和穩(wěn)定劑的作用。

復合材料的性能

復合材料中以纖維增強材料應用、用量大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復合的材料，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到熱膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性，因此可按制件不同部位的強度要求設計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合， 使用溫度可達1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨，構成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由于密度小，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當。