復(fù)合材料的特點(diǎn)
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復(fù)合材料的特點(diǎn)
復(fù)合材料的特點(diǎn)：復(fù)合材料是由多種組分的材料組成，許多性能優(yōu)于單一組分的材料。例如纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、可設(shè)計(jì)性好、耐化學(xué)腐蝕、介電性能好、耐燒蝕及容易成型加工等優(yōu)點(diǎn)。
1）輕質(zhì)高強(qiáng)，比強(qiáng)度和比剛度高
復(fù)合材料的突出優(yōu)點(diǎn)是比強(qiáng)度和比模量（即強(qiáng)度、模量與密度之比）高。比強(qiáng)度和比模量是衡量材料承載能力的一個(gè)指標(biāo)，比強(qiáng)度越高，同一零件的比重越小;比模量越高，零件的剛性越好。玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的密度為1.5-2.Og/cm3,是普通碳鋼的1/4?1/5,比鋁合金還要輕1/3左右，而機(jī)械強(qiáng)度卻能超過(guò)普通碳鋼的水平,具體數(shù)據(jù)見(jiàn)表OT。若按比強(qiáng)度計(jì)算，玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料不僅超過(guò)碳鋼，而且可超過(guò)某些特殊合金綱。
一「表0-1幾種常用材料與復(fù)合材料的比強(qiáng)度、比模量
| 材料名稱 | 密度/(g/cn?) |
拉伸強(qiáng)度 /GPa |
彈性模量 /(xlO2GPa) |
比強(qiáng)度 /106cm |
比模量 /108cm |
| 結(jié)構(gòu)鋼 | 7.85 | 1.19 | 2.06 | 1.49 | 2.57 |
| 鋁合金 | 2.78 | 0.39 | 0.72 | 1.37 | 2.54 |
| 鈦合金 | 4.52 | 0.71 | 1.16 | 1.54 | 2.52 |
| 玻璃纖維聚酯復(fù)合材料 | 2.00 | 1.24 | 0.48 | 6.08 | 2.35 |
| 碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料n | 1.45 | 1.47 | 1.37 | 9.94 | 9.26 |
| 碳纖維/環(huán)氧復(fù)合材料I | 1.60 | 1.05 | 2.35 | 6.43 | 14.39 |
| 芳綸纖維/環(huán)氧復(fù)合材料 | 1.40 | 1.37 | 0.78 | 9.59 | 5.46 |
| 硼纖維/環(huán)氧復(fù)合材料 | 2.10 | 1.38 | 2.1 | 6.6 | 10 |
| 硼纖維/鋁基復(fù)合材料 | 2.65 | 1.00 | 2.0 | 3.8 | 7.5 |
碳纖維復(fù)合材料、有機(jī)纖維復(fù)合材料具有比玻璃纖維復(fù)合材料更低的密度和更高的強(qiáng)度，因此具有更高的比強(qiáng)度。
2）可設(shè)計(jì)性
復(fù)合材料可以根據(jù)不同的用途要求靈活地進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)，具有很好的可設(shè)計(jì)性。對(duì)于結(jié)構(gòu)件來(lái)說(shuō)，可以根據(jù)受力情況合理布置增強(qiáng)材料,達(dá)到節(jié)約材料、減輕質(zhì)量的目的。對(duì)于有耐腐蝕性能要求的產(chǎn)品,設(shè)計(jì)時(shí)可以選用耐腐蝕性能好的基體樹(shù)脂和增強(qiáng)材料;對(duì)于其他一些性能要求，如介電性能、耐熱性能等，都可以方便地通過(guò)選擇合適的原材料來(lái)滿足要求。復(fù)合材料良好的可設(shè)計(jì)性還可以最大限度地克服其彈性模量、層間剪切強(qiáng)度低等缺點(diǎn)。
3） 電性能
復(fù)合材料具有優(yōu)良的電性能,通過(guò)選擇不同的樹(shù)脂基體、增強(qiáng)材料和輔助材料，可以將其制成絕緣材料或?qū)щ姴牧?。例?玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料具有優(yōu)良的電絕緣性能，并且在高頻下仍能保持良好的介電性能，因此可作為高性能電機(jī)、電器的絕緣材料;玻璃纖維增強(qiáng)的樹(shù)脂基復(fù)合材料還具有良好的透波性能，被廣泛地用于制造機(jī)載、艦載和地面雷達(dá)罩。復(fù)合材料通過(guò)原材料的選擇和適當(dāng)?shù)某尚凸に嚳梢灾频脤?dǎo)電復(fù)合材料，這是一種功能復(fù)合材料,在冶金、化工和電池制造等工業(yè)領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。
4） 耐腐蝕性能
聚合物基復(fù)合材料具有優(yōu)異的耐酸性能、耐海水性能，也能耐堿、鹽和壽機(jī)溶劑。因此，它是一種優(yōu)良的耐腐蝕材料,用其制造的化工管道、貯罐、塔器等使用壽命較長(zhǎng)、維修費(fèi)用極低。
5） 熱性能
玻璃纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料具有較低的導(dǎo)熱系數(shù)，是一種優(yōu)良的絕熱材料。選擇適當(dāng)?shù)幕w材料和增強(qiáng)材料可以制成耐燒蝕材料和熱防護(hù)材料,能有效地保護(hù)火箭、導(dǎo)彈和宇宙飛行器在2ooor以上承受高溫、高速氣流的沖刷。
6） 抗疲勞性能
疲勞破壞是材料在交變載荷作用下，由于微觀裂縫的形成和擴(kuò)展而造成的低應(yīng)力破壞。由于纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中纖維與基體的界面能阻止裂紋擴(kuò)展,而且疲勞破壞前有明顯的征兆，一般碳纖維復(fù)合材料的疲勞極限可達(dá)到其拉伸強(qiáng)度的70%~80%。
7） 減振性能
復(fù)合材料的比模量高，所以它的自振頻率很高，不容易發(fā)生共振而快速脆斷;另外，復(fù)合材料是一種非均質(zhì)多相體系，在復(fù)合材料中振動(dòng)衰減都很快。
8） 工藝性能
纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料具有優(yōu)良的工藝性能，能滿足各種類(lèi)型制品的制造需要,特別適合于大型、形狀復(fù)雜、數(shù)量少的制品制造。
9） 耐熱性
金屬基和陶瓷基復(fù)合材料能在較高的溫度下長(zhǎng)期使用,但是聚合物基復(fù)合材料不能在高溫下長(zhǎng)期使用，即使耐高溫的聚酰亞胺基復(fù)合材料，其長(zhǎng)期工作溫度也只能在300V左右。
10） 老化現(xiàn)象
在自然條件下，由于紫外光、濕熱、機(jī)械應(yīng)力、化學(xué)侵蝕的作用,會(huì)導(dǎo)致復(fù)合材料的性能變差,即發(fā)生所謂的老化現(xiàn)象。復(fù)合材料在使用過(guò)程中發(fā)生老化現(xiàn)象的程度與其組成、結(jié)構(gòu)和所處的環(huán)境有關(guān)。