復(fù)合材料的定義是什么？

陳小別 2022-06-20 發(fā)布于浙江

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松散地定義，復(fù)合材料是兩種或多種不同材料的組合，可產(chǎn)生卓越（通常更堅(jiān)固）的產(chǎn)品。幾千年來，人類一直在創(chuàng)造復(fù)合材料來建造從簡(jiǎn)單的庇護(hù)所到精致的電子設(shè)備的一切。雖然最初的復(fù)合材料是由泥土和稻草等天然材料制成的，但今天的復(fù)合材料是在實(shí)驗(yàn)室中用合成物質(zhì)制成的。不管它們的起源如何，復(fù)合材料使我們所知道的生活成為可能。

一個(gè)簡(jiǎn)短的歷史

考古學(xué)家說，人類使用復(fù)合材料的歷史至少有 5000 到 6000 年。在古埃及，用泥土和稻草制成的磚塊用來包裹和加固堡壘和紀(jì)念碑等木結(jié)構(gòu)。在亞洲、歐洲、非洲和美洲的部分地區(qū)，土著文化用荊條（木板或木條）和涂抹物（泥或粘土、稻草、礫石、石灰、干草和其他物質(zhì)的復(fù)合物）建造結(jié)構(gòu)。

另一個(gè)先進(jìn)文明蒙古人也是使用復(fù)合材料的先驅(qū)。從公元 1200 年左右開始，他們開始用木頭、骨頭和天然粘合劑制造加固弓，并用樺樹皮包裹。這些遠(yuǎn)比簡(jiǎn)單的木弓更強(qiáng)大、更準(zhǔn)確，幫助成吉思汗的蒙古帝國在亞洲蔓延。

復(fù)合材料的現(xiàn)代時(shí)代始于 20 世紀(jì)，隨著早期塑料（如電木和乙烯基）的發(fā)明以及工程木制品（如膠合板）的發(fā)明。另一種重要的復(fù)合材料玻璃纖維是 1935 年發(fā)明的。它比早期的復(fù)合材料堅(jiān)固得多，可以模壓成型，而且非常輕巧耐用。

第二次世界大戰(zhàn)加速了更多石油衍生復(fù)合材料的發(fā)明，其中許多至今仍在使用，包括聚酯。1960 年代引入了更復(fù)雜的復(fù)合材料，例如 Kevlar 和碳纖維。

現(xiàn)代復(fù)合材料

今天，復(fù)合材料的使用已經(jīng)發(fā)展到通常包含結(jié)構(gòu)纖維和塑料，這被稱為纖維增強(qiáng)塑料或簡(jiǎn)稱 FRP。像稻草一樣，纖維提供了復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度，而塑料聚合物將纖維固定在一起。FRP 復(fù)合材料中使用的常見纖維類型包括：

玻璃纖維
碳纖維
芳綸纖維
硼纖維
玄武巖纖維
天然纖維（木材、亞麻、大麻等）

在玻璃纖維的情況下，數(shù)十萬條微小的玻璃纖維聚集在一起，并由塑料聚合物樹脂固定在適當(dāng)?shù)奈恢?。?fù)合材料中使用的常見塑料樹脂包括：

環(huán)氧樹脂
乙烯基酯
聚酯纖維
聚氨酯
聚丙烯

常見用途和好處

復(fù)合材料最常見的例子是混凝土。在這種用途中，結(jié)構(gòu)鋼筋為混凝土提供強(qiáng)度和剛度，而固化的水泥使鋼筋保持靜止。單獨(dú)的鋼筋會(huì)彎曲太多，單獨(dú)的水泥很容易開裂。然而，當(dāng)組合成復(fù)合材料時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種極其堅(jiān)硬的材料。

最常與術(shù)語“復(fù)合材料”相關(guān)的是纖維增強(qiáng)塑料。這種類型的復(fù)合材料在我們的日常生活中廣泛使用。纖維增強(qiáng)塑料復(fù)合材料的常見日常用途包括：

飛機(jī)
小型船只和大型輪船
運(yùn)動(dòng)器材（高爾夫球桿、網(wǎng)球拍、沖浪板、曲棍球棒等）
汽車零部件
風(fēng)力渦輪機(jī)葉片
身體護(hù)具
建筑材料
水管
橋梁
工具手柄
梯軌

與鋼等其他材料相比，現(xiàn)代復(fù)合材料具有許多優(yōu)勢(shì)。也許最重要的是，復(fù)合材料的重量要輕得多。它們還耐腐蝕、柔韌且耐凹痕。反過來，這意味著它們需要更少的維護(hù)，并且比傳統(tǒng)材料具有更長的使用壽命。復(fù)合材料使汽車更輕，因此更省油，使防彈衣更能抵抗子彈，并使渦輪葉片能夠承受高風(fēng)速的壓力。

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