復(fù)合材料的使用

復(fù)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(qiáng)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)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(qiáng)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(qiáng)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(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。

復(fù)合材料的用途

熱固性樹脂基復(fù)合材料熱固性樹脂基復(fù)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(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。

再生塑料常用的添加劑有

(l)填料：多數(shù)填料起增強(qiáng)作用,同時(shí)也是塑料改性、制備復(fù)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(jié)構(gòu),成為較堅(jiān)硬和穩(wěn)定的橡膠制品,不同品種的樹脂應(yīng)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(shí)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(shí)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(jī)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)。總的來說, 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(rùn)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(qiáng), 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(jī)物或磷酸酷類和含澳化合物等有機(jī)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(duì)塑料具有著色性,同時(shí)兼有填料和穩(wěn)定劑的作用。

復(fù)合材料的性能

復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用、用量大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合的材料，其比強(qiáng)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(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)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(fù)合可得到熱膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強(qiáng)材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在500℃時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合， 使用溫度可達(dá)1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭和原子能反應(yīng)堆中。非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車和飛機(jī)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(fù)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(dāng)。