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复合材料行业面临一个新的大发展时期

日期: 2021-08-27 10:15:12

复合材料具有承载能力好、优良的力学性能、减振性强、耐磨、耐热及材料的可设计性等一系列优良特性,在理论研究和实际应用上引起了人们极大的关注。本文介绍了复合材料的性能特点和种类,以及近几年复合材料在工业的应用和前景。
复合材料(Composite materials),是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。
一、复合材料的性能特点
1.比强度和比模量高复合材料的优点是比强度和比模量(即强度、模量与密度之比)高.比强度和比模量是度量材料承载能力的一个指标,比强度越高,同一零件的自重越小;比模量越高,零件的刚性越大。
2.抗疲劳性好复合材料中基体与增强纤维间的界面可有效地阻止疲劳裂纹的扩展,同时基体中密布着大量纤维,疲劳断裂时,裂纹的扩展要经历很曲折和复杂的路径,所以疲劳强度高。金属材料的疲劳破坏是由里向外突然发展的,事先没有任何征兆;而纤维复合材料的疲劳破坏总是从纤维的薄弱环节开始,逐渐扩展到结合面上,破坏前有明显的预兆。
3.减振性能强结构的自振频率除与结构本身形状、质量有关,还与材料的比模量的平方根成正比。纤维增强复合材料的比模量大,自振频率高,避免了工作状态下因共振而引起的早期破坏。同时,复合材料中纤维与基体界面具有吸振能力,因此振动阻尼很高,即使产生了共振也会很快衰减。
4.减摩、耐磨、自润滑性好在热塑性塑料中掺入少量短切碳纤维可大大提高它的耐磨性,其增加的倍数为聚氯乙烯本身的3.8倍:聚四氟乙烯本身的3倍。碳纤维增强塑料还可以降低塑料的摩擦系数并具有良好的自润滑性能,因此可以用于制造无油润滑活塞环、轴承和齿轮。
5.耐热性高碳纤维增强树脂复合材料的耐热性比树脂基体有明显提高,而金属基复合材料在耐热性方面更显示出其优越性,碳化硅纤维、氧化铝纤维与陶瓷复合,在空气中能耐1200-1400℃高温,要比所有超高温合金的耐热性高出100℃以上。用于柴油发动机,可取消原来的散热器、水泵等冷却系统,减轻重量约100kgo
6.复合材料构件制造工艺简单,适合整体成型。在制造复合材料的同时,也就获得了制件,从而减少零部件、紧固件和接头的数目,并可节省原材料和工时。
7.断裂安全性高纤维增强复合材料中有大量独立的纤维,过载时会使其部分纤维断裂,但随即会迅速进行应力的重新分配,而由未断纤维承担全部载荷,不致造成构件在瞬间丧失承载能力而断裂,所以工作安全性高。
现阶段,我国玻璃钢、复合材料行业面临一个新的大发展时期,如城市化进程中大规模的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台、汽车工业的发展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下,复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间。复合材料也正向智能化方向发展,材料、结构和电子互相融合而构成的智能材料与结构, 是当今材料与结构高新技术发展的方向。随着智能材料与结构的发展还将出现一批新的学科与技术。包括:综合材料学、精细工艺学、材料仿生学、生物工艺学、分子电子学、自适应力学以及神经元网络和人工智能学等。智能材料与结构已被许多国家确认为必须重点发展的一门新技术,成为21世纪复合材料一个重要发展方向。
 

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