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复合材料的定义是什么?

简单地定义,复合材料是两种或多种不同材料的组合,可产生卓越(通常更坚固)的产品。几千年来,人类一直在创造复合材料来建造从简单的庇护所到精致的电子设备的一切。虽然最初的复合材料是由泥土和稻草等天然材料制成的,但今天的复合材料是在实验室中用合成物质制成的。不管它们的起源如何,复合材料使我们所知道的生活成为可能。

复合材料的定义是什么?

一个简短的历史

考古学家说,人类使用复合材料的历史至少有 5000 到 6000 年。在古埃及,用泥土和稻草制成的砖块用来包裹和加固堡垒和纪念碑等木结构。在亚洲、欧洲、非洲和美洲的部分地区,土著文化用荆条(木板或木条)和涂抹物(泥或粘土、稻草、砾石、石灰、干草和其他物质的复合物)建造结构。

另一个先进文明蒙古人也是使用复合材料的先驱。从公元 1200 年左右开始,他们开始用木头、骨头和天然粘合剂制造加固弓,并用桦树皮包裹。这些远比简单的木弓更强大、更准确,帮助成吉思汗的蒙古帝国在亚洲蔓延。

复合材料的现代时代始于 20 世纪,随着早期塑料(如电木和乙烯基)的发明以及工程木制品(如胶合板)的发明。另一种重要的复合材料玻璃纤维是 1935 年发明的。它比早期的复合材料坚固得多,可以成型和成型,而且非常轻巧耐用。 

第二次世界大战加速了更多石油衍生复合材料的发明,其中许多至今仍在使用,包括聚酯。1960 年代引入了更复杂的复合材料,例如 Kevlar 和碳纤维。 

现代复合材料

今天,复合材料的使用已经发展到通常包含结构纤维和塑料,这被称为纤维增强塑料或简称 FRP。像稻草一样,纤维提供了复合材料的结构和强度,而塑料聚合物将纤维固定在一起。FRP 复合材料中使用的常见纤维类型包括:

  • 玻璃纤维
  • 碳纤维
  • 芳纶纤维
  • 硼纤维
  • 玄武岩纤维
  • 天然纤维(木材、亚麻、大麻等)

在玻璃纤维的情况下,数十万条微小的玻璃纤维聚集在一起,并由塑料聚合物树脂牢固地固定在适当的位置。复合材料中使用的常见塑料树脂包括:

  • 环氧树脂
  • 乙烯基酯
  • 聚酯纤维
  • 聚氨酯
  • 聚丙烯

常见用途和好处

复合材料最常见的例子是混凝土。在这种用途中,结构钢筋为混凝土提供强度和刚度,而固化的水泥使钢筋保持静止。单独的钢筋会弯曲太多,单独的水泥很容易开裂。然而,当组合成复合材料时,会产生一种极其坚硬的材料。

最常与术语“复合材料”相关的复合材料是纤维增强塑料。这种类型的复合材料在我们的日常生活中广泛使用。纤维增强塑料复合材料的常见日常用途包括:

  • 飞机
  • 船和海洋
  • 运动器材(高尔夫球杆、网球拍、冲浪板、曲棍球棒等)
  • 汽车零部件
  • 风力涡轮机叶片
  • 身体护具
  • 建筑材料
  • 水管
  • 桥梁
  • 工具手柄
  • 梯轨

与钢等其他材料相比,现代复合材料具有许多优势。也许最重要的是,复合材料的重量要轻得多。它们还耐腐蚀、柔韧且耐凹痕。反过来,这意味着它们需要更少的维护,并且比传统材料具有更长的使用寿命。复合材料使汽车更轻,因此更省油,使防弹衣更能抵抗子弹,并使涡轮叶片能够承受高风速的压力。

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