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复合材料的历史(轻质复合材料的演变)

复合材料的历史(轻质复合材料的演变)

当两种或多种不同的材料组合在一起时,结果就是复合材料。复合材料的首次使用可以追溯到公元前 1500 年,当时早期的埃及人和美索不达米亚定居者使用泥土和稻草的混合物来建造坚固耐用的建筑。稻草继续为包括陶器和船只在内的古代复合产品提供加固。

后来,在公元 1200 年,蒙古人发明了第一把复合弓。使用木头、骨头和“动物胶”的组合,弓被压制并用桦树皮包裹。这些弓有力而准确。复合蒙古弓有助于确保成吉思汗的军事优势。 

“塑料时代”的诞生

复合材料的现代时代始于科学家开发塑料。在那之前,源自植物和动物的天然树脂是胶水和粘合剂的唯一来源。在 1900 年代初期,开发了乙烯基、聚苯乙烯、酚醛和聚酯等塑料。这些新型合成材料的性能优于源自自然的单一树脂。

然而,仅塑料无法为某些结构应用提供足够的强度。需要加强以提供额外的强度和刚度。

1935年,欧文斯科宁推出了第一种玻璃纤维——玻璃纤维。玻璃纤维,当与塑料聚合物结合时,创造了一种非常坚固的结构,而且重量也很轻。这是纤维增强聚合物 (FRP) 行业的开端。

二战——推动早期复合材料创新

复合材料的许多最大进步都是战时需求的结果。正如蒙古人研制出复合弓一样,二战将玻璃钢工业从实验室带入了实际生产。

军用飞机的轻型应用需要替代材料。工程师们很快就意识到复合材料的其他好处,而不仅仅是轻巧和坚固。例如,人们发现玻璃纤维复合材料对无线电频率是透明的,这种材料很快就被用于保护电子雷达设备(天线罩)。

适应复合材料:从“太空时代”到“日常”

二战结束时,一个小型的复合材料行业如火如荼。随着对军用产品的需求下降,少数复合材料创新者现在雄心勃勃地尝试将复合材料引入其他市场。船是一种明显受益的产品。第一个复合材料商业船体于 1946 年推出。

此时,被称为“复合材料之父”的 Brandt Goldsworthy 开发了许多新的制造工艺和产品,包括第一块玻璃纤维冲浪板,它彻底改变了这项运动。

Goldsworthy 还发明了一种称为拉挤成型的制造工艺,这种工艺可以生产出可靠的高强度玻璃纤维增​​强产品。今天,通过这种工艺制造的产品包括梯轨、工具手柄、管道、箭杆、盔甲、火车地板和医疗设备。

复合材料的持续进步

1970 年代复合材料行业开始成熟。开发了更好的塑料树脂和改进的增强纤维。杜邦公司开发了一种名为 Kevlar 的芳纶纤维,由于其高抗拉强度、高密度和重量轻,已成为防弹衣的首选产品。碳纤维也是在这个时候开发的。它越来越多地取代了以前由钢制成的零件。

复合材料行业仍在发展,现在大部分增长都集中在可再生能源上。尤其是风力涡轮机叶片,不断突破尺寸极限,需要先进的复合材料。 

期待

复合材料研究仍在继续。特别感兴趣的领域是纳米材料——具有极小分子结构的材料——和生物基聚合物。

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