什么是复合材料的定义?(the definition of a composite material?)

松散地定义,复合材料是两种或两种以上不同材料的组合,可产生更优质(通常更强)的产品。几千年来,人类一直在制造复合材料,以建造从简单的避难所到精密的电子设备的一切。第一批复合材料是由泥土和稻草等天然材料制成的,而今天的复合材料是在实验室中由合成物质制成的。无论其起源如何,复合材料都是我们所知的生命得以存在的原因。...

松散地定义,复合材料是两种或两种以上不同材料的组合,可产生更优质(通常更强)的产品。几千年来,人类一直在制造复合材料,以建造从简单的避难所到精密的电子设备的一切。第一批复合材料是由泥土和稻草等天然材料制成的,而今天的复合材料是在实验室中由合成物质制成的。无论其起源如何,复合材料都是我们所知的生命得以存在的原因。

Fiberglass wall insulation and tools

简史

考古学家说,人类使用复合材料至少已有5000至6000年的历史。在古埃及,用泥土和稻草制成的砖,用于包围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,土著文化用荆棘(木板或木条)和泥(泥或粘土、稻草、砾石、石灰、干草和其他物质的混合物)建造建筑。

另一个先进的文明,蒙古人,也是复合材料使用的先驱。大约从公元1200年开始,他们开始用木材、骨头和天然粘合剂,用桦树皮包裹,建造加固弓。这些弓箭比简单的木制弓箭更加有力和准确,帮助成吉思汗的蒙古帝国在亚洲传播。

复合材料的现代时代始于20世纪,早期塑料如胶木和乙烯基以及工程木制品如胶合板的发明。另一种重要的复合材料Fiberglas是1935年发明的。它比早期的复合材料要坚固得多,可以模压成型,而且非常轻便耐用。

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。20世纪60年代出现了更复杂的复合材料,如芳纶和碳纤维。

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,成千上万的微小玻璃纤维被组装在一起,并通过塑料聚合物树脂牢固地固定在适当的位置。复合材料中常用的塑料树脂包括:

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

共同用途和利益

复合材料最常见的例子是混凝土。在这种使用中,结构钢筋为混凝土提供强度和刚度,而固化水泥使钢筋保持静止。钢筋本身弯曲过大,水泥本身容易开裂。但是,当组合形成复合材料时,将创建极为刚性的材料。

最常与“复合材料”一词联系在一起的复合材料是纤维增强塑料。这种复合材料广泛应用于我们的日常生活中。纤维增强塑料复合材料的常见日常用途包括:

  • 飞机
  • 船只及海事处
  • 运动设备(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
  • 防弹衣
  • 建筑材料
  • 水管
  • 工具手柄
  • 梯子栏杆

与钢等其他材料相比,现代复合材料具有许多优点。也许最重要的是,复合材料的重量要轻得多。它们还具有耐腐蚀性、柔韧性和抗凹痕性。这反过来意味着它们比传统材料需要更少的维护和更长的使用寿命。复合材料使汽车更轻,因此更省油,使防弹衣更耐子弹,并使涡轮叶片能够承受高风速的压力。

来源

  • BBC新闻工作人员。“Kevlar发明家Stephanie Kwolek去世”,BBC.com。2014年6月21日。
  • 能源部工作人员。“关于碳纤维你不知道的9件事。”Energy.gov。2013年3月29日。
  • 皇家化学学会职员。“复合材料”,RSC.org。
  • 威尔福德,约翰·诺布尔。“恢复向已故埃及国王致敬的泥砖。”纽约时报网站。2007年1月10日。

  • 发表于 2021-09-18 16:38
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  • 分类:化学

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陆子君
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