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複合材料是利用先進的材料製備技術,優化不同效能的材料成分組合而製成的新材料。 一般定義的複合材料受以下條件的約束:
1、複合材料必須是人造的,由人根據需要設計製造;
2、複合材料必須由兩種或兩種以上具有不同化學和物理性質的材料成分組成,按設計形式、比例和分布組合,且成分之間有明顯的介面;
3、具有結構可設計性,可設計為復合結構;
4、複合材料既保持了各組分材料效能的優勢,又通過各組分效能的互補和關聯,獲得了單一組分材料無法達到的綜合性能。
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複合材料是由金屬材料、陶瓷材料或高分子材料等兩種或兩種以上材料通過復合工藝製備的多相材料,各種材料在效能上相互補充,產生協同效應,使複合材料的綜合性能優於原始組成材料,滿足各種不同的要求。
與普通材料相比,複合材料具有許多效能,可以改善或克服單一材料的弱點,充分發揮每種材料的優點,賦予材料新的效能; 根據構件的結構和受力要求,可以給出合理的支撐效能的預定分布,並可以對材料進行最佳效能設計。 具體來說,它表現在:
1)高比強度和高比模量。複合材料的突出優點是其高比強度和比模量。 例如,碳纖維增強樹脂複合材料的比模量比鋼和鋁合金高5倍,比強度比鋼和鋁合金高3倍以上。
2)抗疲勞性高。纖維複合材料,特別是樹脂基複合材料,對缺口和應力集中不太敏感,纖維與基體之間的介面可以使擴充套件裂紋的尖端變鈍或改變方向,即阻止了裂紋的快速擴充套件,因此疲勞強度相對較高,碳纖維不飽和聚酯樹脂複合材料的疲勞極限可以達到其拉伸強度的70%80%, 而金屬材料只有40%50%。
3)抗斷裂性強。纖維複合材料中存在大量獨立存在的纖維,一般每平方厘公尺有數千到數萬根纖維,它們通過延展性基體組合成乙個整體,當少數纖維因過載或其他原因斷裂時,負載將重新分配給其他未斷裂的纖維, 這樣部件就不會在短時間內突然損壞。因此,複合材料具有相對較高的斷裂韌性。
4)減振效能好。結構的固有頻率與結構本身的質量和形狀有關,並且與材料比模量的平方根成正比。 如果材料的固有頻率高,可以避免其在執行狀態下引起的共振和早期損壞。
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自20世紀70年代以來,複合材料在航空業中的使用一直在增加。 用於製造飛機結構的傳統材料包括鋁、鋼和鈦。 複合材料的主要優點是重量更輕,組裝更簡單。
效能優勢和減輕飛機結構的重量是軍用飛機複合材料開發的主要驅動力。 雖然商用飛機越來越關注燃油經濟性,但複合材料發展的主要驅動力是生產和維護成本的不斷降低。 複合材料還用於替換舊飛機上的金屬部件。
國際標準化組織(ISO)將複合材料定義為“通過結合兩種以上物理和化學上不同的物質而獲得的多組分系統”。 “可以看出,複合材料應該是多體系的; 它們的組合必須具有復合效應。
複合材料有兩個含義:從廣義上講,它是指由兩個或多個物理相組成的固體材料。 例如:
纖維增強聚合物、鋼筋混凝土、石棉水泥板、橡膠製品、膠合板等。 從狹義上講,它是指用高效能玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維等增強的塑料、金屬和陶瓷材料。
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複合材料是一種混合物。
複合材料按其成分分為金屬-金屬複合材料、非金屬-金屬複合材料和非金屬和非金屬複合材料。 按其結構特點分為:
纖維增強複合材料。 它由放置在基體材料中的各種纖維增強材料組成。 如纖維增強塑料、纖維增強金屬等。
三明治複合材料。 它由具有不同效能的表面材料和芯材組合而成。 通常表面材料堅固而薄; 芯材重量輕,強度低,但具有一定的剛度和厚度。 它分為兩種型別:固體夾層和蜂窩夾層。
細晶粒複合材料。 堅硬的細顆粒均勻分布在基體中,如分散強化合金、金屬陶瓷等。
混合複合材料。 它由兩種或兩種以上的增強相材料混合在一種基體相材料中組成。 與普通單增強相複合材料相比,其衝擊強度、疲勞強度和斷裂韌性均有顯著提高,並具有特殊的熱膨脹效能。
分為層內雜化、層間雜化、夾層雜化、層內層間雜化和超雜化複合材料。
複合材料可分為兩大類:結構複合材料和功能複合材料。
結構複合材料是用作承重結構的材料,它基本上由能夠承受荷載的鋼筋構件和可以連線鋼筋的基體構件組成,成為整體材料,起到傳遞力的作用。 增強材料包括玻璃、陶瓷、碳、聚合物、金屬以及天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒,而基材包括聚合物(樹脂)、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥。 各種各樣的結構複合材料可以由不同的增強體和不同的基體組成,並以所使用的基體命名,例如聚合物(樹脂)基體複合材料。
結構複合材料的特點是可以根據使用中材料受力的要求進行構件材料選擇設計,更重要的是還可以進行復合結構設計,即鋼筋布置設計,可以合理滿足需求,節省材料。
功能複合材料一般由功能體元件和基體元件組成,基體不僅起到構成整體的作用,而且可以產生協同或增強的功能。 功能複合材料是指除機械效能外,還提供物理效能的複合材料。 如:
導電、超導、半導體、磁性、壓電性、阻尼、吸波、透波、摩擦、遮蔽、阻燃、熱防護、吸音、隔熱等。 統稱為功能複合材料。 功能複合材料主要由功能體、增強體和基體組成。
功能體可以由一種或多種功能材料組成。 多功能複合材料可以具有多種功能。 同時,由於復合效應,也有可能產生新的功能。
多功能複合材料是功能複合材料的發展方向。
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碳纖維是一種有害的工作型別。
碳纖維長絲,直徑7微公尺的毛茸茸在車間工作時難免不會進入**和肺部。 很癢。
在車間工作時必須穿防護服,有些人如果不適合穿防護服,就不適合做這個工作。
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短絲纖維對肺、眼睛有害,需要安全裝置才能工作。
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複合材料是由兩種或多種具有不同效能的材料在巨集觀(微觀)層面上通過物理或化學方法組成的具有新效能的材料。
有幾種常見的方法可以對它們進行分類。
1.按鋼筋的幾何形狀分類。
1)連續纖維增強複合材料:包括單向纖維(一維)、無緯織物層壓、二維織物層壓、多向機織複合材料和混合複合材料。
2)短纖維複合材料:由晶須和短切纖維不規則分散在基體材料中的複合材料製成。
3)薄板增強複合材料:增強材料是由長寬尺寸相近的薄板和扁平的二維增強材料和基體組成的複合材料。
2.按增強纖維型別分類。
1)玻璃纖維複合材料;
2)碳纖維複合材料;
3)有機纖維(芳香族聚醯胺纖維、芳香族聚酯纖維、高強聚烯烴纖維等)複合材料;
4)金屬纖維(如鎢絲、不銹鋼絲等)複合材料;
5)陶瓷纖維(如氧化鋁纖維、碳化矽纖維、硼纖維等)複合材料。
3.按基材分類。
1)高分子基複合材料:以有機高分子(主要是熱固性樹脂、熱塑性樹脂和橡膠)為基體製成的複合材料。
2)金屬基複合材料:由金屬基體製成的複合材料。如鋁基複合材料、下巴基複合材料、銅基複合材料等。
3)無機非金屬基複合材料:以陶瓷材料(包括玻璃、水泥和碳)為基體製成的複合材料。
4.按材料使用功能分類。
1)結構複合材料:主要用作支撐力結構,基本由能承受荷載的鋼筋構件和能連線成為整體支承的鋼筋構件組成,同時起到分配和傳遞荷載的作用。
2)功能複合材料:具有一些特殊的物理或化學效能,如聲、光、電、熱、磁、耐腐蝕、零膨脹、阻尼、摩擦或換能器等。
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