什么是复合材料？通俗来讲

投稿专栏 • 2025-01-16 15:08 • 阅读 1114

有时，当两种或多种材料以特殊方式混合在一起时……就会产生奇迹！这种协同作用称为“复合材料”！

我们最常想到的是常见的工业组合：混凝土和钢筋、聚酯树脂和玻璃纤维、聚醚醚酮和碳纤维……花生酱和果冻！数千年来，人们已经知道如何将材料混合在一起，制造出比各部分简单相加的东西。通过使用一种材料来补充另一种材料，不同的材料可以“组合”在一起，制造出更有效、更高效的结构。

从泥土和稻草、混凝土和钢铁，到塑料和精制纤维，人们已经发展出这些材料“组合”。

在过去一个世纪左右，我们学会了将材料组合起来，以超越自然界中常见的结构特性。我们这样做的主要方法是应用大量能量来制造非常精炼的材料，然后仔细控制它们的组合和化学性质。这种对增强材料和聚合物的精炼、工程和精心组合就是复合材料！

聚合物基质和纤维增强材料

聚合物（塑料/树脂）与增强纤维的神奇混合物。

如果没有纤维，树脂就会变得脆弱和/或易碎，如果没有树脂基质保持纤维排列整齐并相互拉扯，纤维就会变得松软且“没有方向”。

根据树脂和增强材料的相对体积，你可以认为纤维增强了树脂，或者树脂将纤维粘合在一起。就像桥梁或建筑物中的混凝土和钢材一样，很难说是钢材支撑混凝土还是混凝土支撑钢材。一种材料擅长抗压，另一种材料擅长抗拉——所以这真的是一个团队合作！

聚合物基质种类繁多，具有令人难以置信的各种机械和加工性能。纤维也是如此：从亚麻到高模量碳纤维，这些种类可让您定制混合物以满足性能、价格和制造要求。

其中一些组合可产生人们知道如何制造的最坚固、最坚硬的材料。有些坚韧且耐火。有些有光泽、坚硬且便宜。这些组合以及如何使用它们是探索复合材料的重点！

使用复合材料建造建筑的实践是艺术与科学的结合。

它涉及设计聚合物基质和增强材料的组合。它还涉及设计它们的组合方式、将它们模制成所需形状和纤维取向的方式。树脂化学、层压板设计和模具工艺部分主要是科学。工艺优化、模具设计和管理制造组织部分是艺术与科学的结合。

有很多变量，并不总是很明显什么会起作用，什么不会。