什么是复合材料？–一个简单的定义

通过组合两种或多种组分材料，创造出性能更优（如强度、耐用性或效率提升）的新材料。

复合材料是什么？

复合材料是由两种或多种具有不同化学或物理特性的组分材料组合而成的材料。将这些材料结合后，所得复合材料会具备优于原始组分的新性能。

与传统材料通过混合或溶解物质制成不同，复合材料中的各材料仍保留其独立特性。其中，被称为“基体”的物质充当粘合剂，将其他被称为“增强材料”或“纤维”的组分固定成型。这种独特的结构使复合材料能融合不同材料的性能，进而提升强度、耐用性或其他所需特性。

复合材料图例：纤维/增强材料+基体

复合材料旨在根据应用需求增强多种特性，其中一些包括：

• 强度：复合材料能显著提升强度，使其比单一材料更坚固。这对需要高承载能力的应用尤为关键。
• 刚度：复合材料能提升刚度，增强抗变形能力。这一特性在结构完整性与稳定性至关重要的应用中不可或缺。
• 轻量化：复合材料以高比强度（强度/重量比）著称，可制造轻质结构与组件，在需优先减重的行业中极具价值。
• 耐久性：复合材料具备出色的耐用性，抗腐蚀、耐候且抗疲劳，使其适用于暴露在恶劣环境或承受重复应力的场景。
• 灵活性：复合材料可设计为具有柔韧性，允许弯曲变形而不断裂。这一特性在承受振动或动态载荷的组件、或需模拟自然运动的假肢等应用中优势显著。
• 抗冲击性：复合材料能吸收并分散冲击力，有效抵抗撞击或碰撞损坏。这对防撞结构、头盔等需防撞保护的应用而言极具价值。
• 热稳定性：复合材料可具备高热稳定性，在高温下保持结构完整性，适用于极端环境。
• 耐化学性：复合材料能抵抗化学品与恶劣环境的侵蚀，非常适合化学加工设备、储罐或耐化学腐蚀涂料等场景。
• 电性能：复合材料可设计为具有特定电气特性，如导电或绝缘。
• 隔音性：复合材料可提供出色的隔音效果，降低隔音应用中的噪音传播。

复合材料的优势

复合材料的核心优势在于，与传统材料相比，其性能更卓越，因此成为苛刻行业（需极高强度或热稳定性等特性）的最佳选择。然而，这并非这种多功能材料的唯一优势，其他好处还包括：

• 设计灵活性：工程师可将复合材料模塑成几乎任何形状，制造复杂组件。
• 成本降低：与金属、木材、石油基产品等传统材料相比，复合材料浪费更少、材料成本更低，且受汽油价格波动影响较小。
• 生产效率提升：使用复合材料可减少生产时间与工作量——单个复合部件通常可替代整套金属部件，且表面纹理可轻松调整以模仿任何饰面。

复合材料是做什么用的？

复合材料的优势与增强特性使其在各行各业的应用迅速增长，尤其是随着行业发展与新知识的涌现，其成本与生产时间不断降低。从航空航天工业（用于飞机结构，如机翼、机身、尾部）到汽车行业（用于车身面板、底盘部件、内部元件等，以增强强度、减轻重量、提高安全性），复合材料的应用无处不在。

复合材料是如何制造的？

复合材料的制造过程因类型而异，常见的制造技术包括：

• 真空灌注、手糊成型、树脂传递模塑（RTM）、压缩成型、细丝缠绕、注塑成型、高压釜成型、3D打印。
• 复合材料的常见类型
• 以下是各类应用中常见的复合材料——您可能听说过它们，却未必意识到它们属于复合材料：
• 碳纤维、玻璃纤维、水泥、胶合板、钢筋混凝土、凯夫拉（Kevlar）、工程木材等！

天然和合成复合材料

从技术角度而言，复合材料可分为天然与合成两类。天然复合材料存在于自然界中，例如，木材是典型的天然复合材料——木纤维（增强材料）与木质素（基体）结合，形成坚固的木质结构。本页重点介绍的是合成复合材料，即人造复合材料。

而合成（人造）复合材料又可分为两类：

• 合成纤维复合材料：增强纤维来自合成聚合物（如碳、玻璃）。
• 天然纤维复合材料：至少增强纤维来自木材、植物等天然来源。

用复合材料制造零件

将复合材料转化为国防、海洋等行业的部件，是一个涉及多个阶段的复杂过程。从零件设计、研发、制造，到测试与质量检查，每个复合零件都需经历多道工序才能投入使用；即便如此，大多数零件仍会持续接受测试与优化，以满足其特定用途。许多公司与行业会选择专业的复合材料制造商来生产所需零件。

复合材料的历史

复合材料的使用可追溯至数千年前。令人惊讶的是，公元前3400年的美索不达米亚人已将木条粘合制成胶合板——这是复合材料的早期证据。埃及人也采用了复合材料：公元前2181年左右，他们用亚麻布与石膏制作死亡面具；公元前1500年，又在泥砖与陶器中加入稻草以增强强度。

随着社会进步，复合材料的使用逐渐普及。公元1200年左右，蒙古人巧妙地将木材、竹子、骨头、牛筋与丝绸结合，制成复合弓，并以天然松树树脂提升其精度。然而，19世纪70年代标志着复合材料发展的重要转折点——随着聚合物的发展，塑料应运而生；1930年，玻璃纤维问世，为现代复合材料奠定了基础。

第二次世界大战期间，复合材料的发展势头加速——它们被证明可用于建造船体与雷达系统，发挥了重要作用。此后，其地位不断提升，1990年代中期达到巅峰——复合材料成为主流制造业的常规材料，至今仍保持这一地位。复合材料的演变，彰显了其经久不衰的重要性——从古老的胶合技术，到现代前沿技术，其发展历程令人惊叹。

复合材料的未来

随着研发的不断推进，新材料与制造技术层出不穷，不断突破复合材料的性能极限。当前的研发重点在于提升复合材料的性能、耐用性与可持续性，创新方向包括：探索具有增强机械性能的纳米复合材料；开发生物基与可回收复合材料，减少环境影响；将传感器与智能功能集成到复合材料中，实现结构健康监测。

展望未来，在技术进步与可持续发展的驱动下，复合材料必将发挥关键作用。从为氢存储或电池存储提供结构元件，到为可再生能源领域开辟新机遇，随着技术进步，复合材料的未来充满令人期待的可能性——它将为航空航天、汽车、可再生能源、基础设施等领域提供更轻、更坚固、更高效的解决方案。

复合材料常见问题

复合材料只是塑料吗？

不，复合材料并非仅由塑料构成。尽管部分复合材料以聚合物为基体，但也可包含金属、陶瓷或天然纤维等其他材料。

复合材料的四大主要类别是什么？

复合材料的四个主要类别是聚合物基复合材料（PMC）、金属基复合材料（MMC）、陶瓷基复合材料（CMC）和碳基复合材料（CMC）。

复合材料比传统材料贵吗？

复合材料的成本因所用材料、制造工艺、应用要求等因素而异。在某些情况下，其成本可能高于传统材料；但在另一些情况下，由于减轻重量、提高耐用性或性能提升等优势，反而能降低总成本。

复合材料中常用的基体材料有哪些？

复合材料中常用的基体材料包括：聚合物（如环氧树脂、聚酯、乙烯基酯）、金属（如铝、钛）、陶瓷（如碳化硅、氧化铝）及碳。

什么是复合材料？

复合材料并非通过溶解或混合材料制成。

复合材料环保吗？

复合材料的环保性取决于其成分与使用寿命。部分复合材料可回收，但不同材料的组合也可能带来回收挑战。当前研究正致力于开发可持续、可回收的复合材料。

使用复合材料有什么限制吗？

与所有材料一样，复合材料也有局限性，例如易分层、抗冲击性低于金属、维修维护困难、某些应用的制造工艺复杂等。专业的复合材料制造商会充分考虑这些因素，并与您探讨相关限制。

复合材料中常用的纤维材料有哪些？

复合材料中常用的纤维材料包括：碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维（如凯夫拉）、天然纤维（如亚麻、大麻）及金属纤维（如钢、铝）。