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復(fù)合材料主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。
結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料,基本上由能承受載荷的增強體組元與能連接增強體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體組元構(gòu)成。增強體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬以及天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等,基體則有高聚物(樹脂)、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。因為CFRT中的纖維是連續(xù)的,而且樹脂對纖維單絲的浸漬比常規(guī)熱塑性復(fù)合材料(如GMT、LFT)更充分。由不同的增強體和不同基體即可組成名目繁多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料,并以所用的基體來命名,如高聚物(樹脂)基復(fù)合材料等。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點是可根據(jù)材料在使用中受力的要求進行組元選材設(shè)計,更重要是還可進行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計,即增強體排布設(shè)計,能合理地滿足需要并節(jié)約用材。
復(fù)合材料也可分為常用和先進兩類。
常用復(fù)合材料如玻璃鋼,便是用玻璃纖維等性能較低的增強體與普通高聚物(樹脂)構(gòu)成。由于它的價格低廉,得以大量發(fā)展,已廣泛用于船舶、車輛、化工管道和貯罐、建筑結(jié)構(gòu)、體育用品等方面。
先進復(fù)合材料指用增強體如碳纖維、芳綸等于耐熱高聚物構(gòu)成的復(fù)合材料,后來又把金屬基、陶瓷基和碳(石墨)基以及功能復(fù)合材料包括在內(nèi)。有些塑料基本上是由合成樹脂所組成,不含或少含添加劑,如有機玻璃等。它們的性能雖然優(yōu)良,但價格相對較高,主要用于工業(yè)、航空航天、精密機械、深潛器、機器人結(jié)構(gòu)件和高i檔體育用品等。
應(yīng)用領(lǐng)域:
復(fù)合材料復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:
①航空航天領(lǐng)域。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好,比強度、比剛度高,可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)i星i天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的 殼體、發(fā)動機殼體、航天飛機結(jié)構(gòu)件等。
②汽車工業(yè)。由于復(fù)合材料具有特殊的振動阻尼特性,可減振和降低噪聲、抗i疲勞性能好,損傷后易修理,便于整體成形,故可用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動軸、發(fā)動機架及其內(nèi)部構(gòu)件。
③化工、紡織和機械制造領(lǐng)域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成的材料,可用于制造化工設(shè)備、紡織機、造紙機、復(fù)印機、高速機床、精密儀器等。
④醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性,可用于制造X光機和矯形支架等。碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性,生物環(huán)境下穩(wěn)定性好,也用作生物醫(yī)學(xué)材料。此外,復(fù)合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等。
復(fù)合材料特性:
1、復(fù)合材料的比強度和比剛度較高。材料的強度除以密度稱為比強度;材料的剛度除以密度稱為比剛度。這兩個參量是衡量材料承載能力的重要指標。短切過后,因要保證原絲可以全部覆蓋在模具上,所以原絲一定要有很好的覆膜性。比強度和比剛度較高說明材料重量輕,而強度和剛度大。這是結(jié)構(gòu)設(shè)計,特別是航空、航天結(jié)構(gòu)設(shè)計對材料的重要要求?,F(xiàn)代飛機、導(dǎo)i彈和衛(wèi)i星等機體結(jié)構(gòu)正逐漸擴大使用纖維增強復(fù)合材料的比例。
2、 復(fù)合材料的力學(xué)性能可以設(shè)計,即可以通過選擇合適的原材料和合理的鋪層形式,使復(fù)合材料構(gòu)件或復(fù)合材料結(jié)構(gòu)滿足使用要求。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料,基本上由能承受載荷的增強體組元與能連接增強體成為整體材料同時又起傳遞力作用的基體組元構(gòu)成。例如,在某種鋪層形式下,材料在一方向受拉而伸長時,在垂直于受拉的方向上材料也伸長,這與常用材料的性能完全不同。又如利用復(fù)合材料的耦合效應(yīng),在平板模上鋪層制作層板,加溫固化后,板就自動成為所需要的曲板或殼體。