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什么是復合材料? 復合材料基材的作用是什么?

文章出處:網絡責任編輯:編輯人氣:發表時間:2018-11-12【


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  何謂復合材料復合材料就是兩種或兩種以上不同性質,不同型態的組成材料經過復合手段組合而成的一種多相材料。從組成與結構部份來看,其中一相是連續(Continuity)的,稱為基材(matrix)(基材相),另一相是分散的被基材包容,稱為強化材(補弦相或強化材相),然從微觀上來看,強化材相和基材相之間的界面由于復合時之物理與化學因素,會變的既不同于基材相、又不同于強化材相,但此一結構對復合材料之性能會產生影響,界面附近之結構與性能務生變化的區域可為一相,稱界面相。
  強化材之功用主要在使成品具有高剛性及高強度(strength),一般使用高比強度(比強度:材料的抗拉強度與密度之比稱之)及高比彈性模數(比彈性模數:材料的楊氏模數與密度之比)之材料,以顆粒、薄月、短纖維或連續纖維之形式散布在基材內,以得到「輕的質量、高的強度」的復合材料,例如纖維材常用的有碳纖維(碳纖維復合材料其比強度比鋼高5倍、比鋁合金(熔點660℃)(alloy)高3.5倍)和玻璃材質纖維;纖維強化高分子基復合材料具有質量輕、單位(unit)重量之強度與剛性均高,韌性強,且能耐天候、耐腐蝕,耐疲勞等性質,其應用范圍包括航太工業、民生(基本解釋:民眾的生計)工業、交通工具、化學工業、壓力容器等。碳纖維配件“外柔內剛”,質量比金屬鋁輕,但強度卻高于鋼鐵,并且具有耐腐蝕、高模量的特性,在國防軍工和民用方面都是重要材料。它不僅具有碳材料的固有本征特性,又兼備紡織纖維的柔軟可加工性,是新一代增強纖維。(例如Aramidfibers俗稱kevlarokevlar的抗拉能力幾乎等于結構用鋼筋(英文:steel bar),但是重量卻只有鋼筋的五分之一。常用于航太工業和一些工程的應用)。 內容來自123456
  有些復合材料其比熱、熔融熱、氣化熱大,耐熱性較好,在高熱下能吸收大量熱能,可為良好的耐燒蝕材料。
  一般金屬材料之疲勞弦度極限約為其抗扛強度之30~50%,而有些復合材料之疲勞強度極限可達其抗扛強度之70~80%(例如:碳纖維樹脂基復合材料),故可做出耐疲勞性好之復合材料。碳纖維制品就是指以碳纖維預浸布為原材料,通過不同的加工方法,加工成為能夠滿足使用要求的材料制品。
  單獨之纖維雖具有非常高的抗拉弦度及剛性,但承擔軸向壓應力卻較小,若在無保護狀況下,纖維表面容易受到周遭環境化學成分之侵蝕而產生表面缺陷,使強度(strength)下降,另一方面各獨立纖維間之機械性質差異很大,作為結構件,光憑纖維是難以與其他結構件互相結合以組成結構,因此需要基材的幫忙。
  基材之功能包括(bāo kuò):
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  (一)固定(fixed)結構外型,結合A化材,以維持強化材所需之走向與形狀。
  (二)將負荷分散傳遞至強化纖維。
  (三)對強化纖維提供側向支撐,使弦化纖維有抗掛曲能力,使結構具有耐壓強度(strength)。
  (四)保護弦化材以避免因直接機械性接觸而導致(cause)表面被磨損(零部件失效的一種基本類型)。
  (五)阻絕外界惡劣之環境,保護強化纖維不受外界化學成分所侵蝕。
  (六)使成品具有水密性。碳纖維生產傳統的玻璃纖維相比,楊氏模量是其3倍多;它與凱夫拉纖維相比,楊氏模量是其2倍左右,在有機溶劑、酸、堿中不溶不脹,耐蝕性突出。
  常用的基材可分樹脂基復合材料(Material)、金屬基復合材料及非金屬機基復合材料,樹脂基復合材料包括(bāo kuò)各種熱固性樹脂基與熱塑性樹脂基高分子材料,前者如不飽和(saturation)聚酯樹脂、環氧(Oxygen)樹脂、酚(phenol)醛(aldehyde)樹脂、聚氨酯樹脂等,後者如聚丙烯、聚醚醚酮、耐隆、PPS等。所謂的熱固性,是指高分子一旦聚合成(解釋:由幾個部分合并成一個整體)型後,加溫將沒有辦法使其熔化,溫度夠高,只會促使其分解,會有這樣的特性是高分子間有程度不等的連結。

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  至于熱塑性基材,是指高分子一旦聚合成型後,加溫可使其熔化流動,有這樣特性的高分子其分子形狀是較為線性,高分子與高分子間只以較弱之二次鍵鍵結,容易予以打破并容許高分子間作相對之滑動。
  另以金屬為基材者為金屬基復合材料,如鋁(Al)基復合材料、*基復合材料、鎂基復合材料、銀基復合材料、鋼基復合材料、鋅(Zinc)基復合材料及鉛基復合材料等。以無機非金屬為基材之無機非金屬復合材料,可分陶瓷基、玻璃材質陶瓷基、水泥(材料:粉狀水硬性無機膠凝材料)基、耐米陶瓷基復合材料等,例如陶瓷基之碳(C)化矽基復合材料、氧化鋁基復合材料、Sialon陶瓷基復合材料等)
  復合材料(Material)之命名是以相為基礎,是將強化相(補強相)放在前面,基材相放在後面,之後再加以復合材料,如碳纖維和環氧(Oxygen)樹脂構成的復合材料稱為「碳纖維環氧基復合材料」,通常寫為 ;碳纖維一環氣復合材料 ;有時更簡化為 ;碳纖維一環氧 ;硼纖維與鋁(Al)構成的復合材料稱為 ;硼一鋁復合材料 ;簡寫為 ;硼一鋁 ;

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