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先进复合材料(说明)

复合材料简介

高级复合材料
先进复合材料(说明)

当您需要轻盈、坚固、经济高效且可定制的材料时,复合材料可能是您的理想选择。复合材料用于许多不同的行业,从汽车到航空航天,从基础设施到娱乐,不一而足。由于复合材料将树脂与不同类型的纤维增强材料结合在一起,并且可以使用多种工艺制造,因此其具有几乎无限的可能性。

因此,探索高级复合材料的各种类型和应用大有裨益。此综合指南涵盖从复合材料的基础知识到特性、优势和常见应用的所有内容。

高级复合材料基础知识
什么是复合材料?
高级复合材料是如何制成的?
什么是“纤维复合材料”?
碳纤维和纤维复合材料是如何制成的?

特性与应用
高级复合材料有哪些优势?
什么时候使用高级复合材料?
聚合物复合材料有哪些常见应用?

深入了解高级复合材料
聚合物复合材料、热固性复合材料和热塑性复合材料之间有区别吗?
拉挤成型在高级复合材料制造过程中发挥什么作用?
什么是复合板?

 

高级复合材料基础知识

什么是复合材料?

从最基本层面而言,复合材料是两种或更多种不同材料的组合。所得产品的特性通常与单独组分的特性显著不同。复合材料可以有多种形式,包括面板、层压板、胶带或定制的形状和尺寸。

 

高级复合材料是如何制成的?

高级复合材料或聚合物复合材料是通过将增强材料(例如玻璃纤维、碳纤维或芳纶纤维)与树脂(聚合物的别称)结合起来制成的。通过这种组合,您可以同时获得两者的优点:纤维的强度和聚合物的独特优点,如耐火性或耐化学性。在复合材料制造方面,根据应用所需的特性、形状和体积,有数百种方法可以制造聚合物复合材料。一些常见的制造工艺包括拉挤成型、树脂注射成型、树脂传递模塑成型 (RTM) 和纤维缠绕 。玻璃纤维是最常见的聚合物复合增强材料之一,而碳纤维是最强的增强材料之一。

 

什么是“纤维复合材料”?

纤维增强聚合物纤维复合材料,通常称为纤维增强聚合物 (FRP) 复合材料,是用纤维增强的聚合物材料。您可能还会听到这些复合材料被描述为“塑料复合材料”或“纤维增强塑料”。纤维与聚合物结合以增加最终材料的刚度和强度。

在研究复合材料时,您可能会看到它们被描述为连续纤维增强复合材料。连续纤维增强复合材料是一种 FRP,其中单向纤维以相同方向连续穿过最终产品。与将纤维分成更小的部分并沿不同方向散布在整个树脂中相比,这会产生不同的特性。总的来说,纤维可以是连续的,并且可长可短。

 

碳纤维和玻璃纤维复合材料是如何制成的?

与大多数复合材料制造一样,有数百种不同的方法可以制造碳纤维或玻璃纤维复合材料。最基本而言,是纤维与树脂结合在一起。这可以通过三种常见的方式完成:1) 以创建编织结构的方式,2) 将纤维织物放入一个注有树脂的模具中,或 3) 通过拉挤成型,也就是将纤维拉过树脂,然后在加热模具中成型和固化。碳纤维以其强度、韧性、振动阻尼和导电性而著称,而玻璃纤维则具有出色的机械和绝缘性能。

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特性与应用

高级复合材料有哪些优势?

棒料高级复合材料或聚合物复合材料因其卓越的强度重量比、高刚度、耐用性以及耐腐蚀、耐化学品和耐环境暴露而备受推崇。它们可以量身定制,以根据用例在特定方向或特定区域提供强度和刚度。由于具有几乎无限的可能性和多功能性,材料工程师和设计师可以自由地创造新的材料组合,以便独特地服务于新的应用。

 

什么时候使用高级复合材料?

高级复合材料通常用于替代金属、木材或其他传统材料。聚合物复合材料赋予产品强度和刚度,同时增加了一些好处,例如防潮和防腐蚀 。使用复合材料可以减轻零件的重量,提高燃油效率,并使最终产品更易于运输、处理和安装。

更具体而言,FRP 复合材料的强度可以媲美甚至超过钢、铝和其他传统材料。如果您正在为您的应用寻找任何以下特性,FRP 复合材料值得探索。

  • 减轻重量——复合材料比钢更轻 75%,比铝更轻 25%。
  • 耐久性——复合结构具有很长的使用寿命,抗疲劳并能耐受许多种天气条件。
  • 设计灵活性——复合材料可以以相对较低的成本模塑成复杂的形状和纹理。
  • 更少的维护——复合材料被认为是低维护材料,因为它们不会生锈或腐蚀并且耐高温。

 

聚合物复合材料有哪些常见应用?

由于其具有广泛的多功能性,聚合物复合材料已应用于各种不同的行业,并且不断发现新的应用行业。下面列出了经常使用复合材料的常见行业。

  • 海洋船舶应用船舶——结构性船体面板、甲板、纵梁、帆板、橱柜、门板、桅杆结构和锚销都可以用聚合物复合材料制成。玻璃纤维增强聚酯是船舶中最普遍使用的复合材料,而芳纶纤维增强材料则用于高性能帆船的关键区域,例如船首和龙骨部分。复合材料可抵抗各种元素和腐蚀性盐水,提供高强度和刚度,并抑制噪音和振动,使乘坐更平稳。
     
  • 电线杆公用事业——传统的木材和金属电线杆和横臂日益被聚合物复合材料所取代,因为聚合物复合材料不导电、耐用且比木材或钢材更轻盈,这使得它们更容易安装。玻璃纤维增强复合材料还用于其他输电和配电应用,例如绝缘体、避雷器和架空线硬件。在所有情况下,由于聚合物复合材料具有耐腐蚀、耐热、耐候和耐火性,因此能够提高性能。
     
  • 汽车零件图片汽车——聚合物复合材料用于多种车辆部件,包括结构部件、引擎盖下和内部部件、车门、座椅、外壳、保险杠加固件和车身面板。汽车中使用复合材料可以降低模具成本并提高制造商的设计灵活性,同时通过降低噪音和振动来提高燃油效率和消费者的整体驾驶体验。

     
  • 飞机零件航空航天——飞机部件(例如翼梁、内饰、机身和天线罩)受益于复合材料的特性。与汽车应用一样,聚合物复合材料更轻盈,可以提高燃油效率,降低航空公司的燃油成本。在飞机中,复合材料更轻盈的重量也提高速度和机动性。除了重量更轻之外,FRP 复合材料还可以制造比传统金属更坚固的耐久部件,并且具有耐疲劳和耐腐蚀性能。
     

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深入了解高级复合材料 

聚合物复合材料、热固性复合材料和热塑性复合材料之间有区别吗?

聚合物复合材料可以是热固性材料或热塑性材料,因此热固性复合材料和热塑性复合材料都是聚合物复合材料的类型。虽然您也可能听到这些复合材料被描述为“塑料复合材料”或“增强塑料”,但从历史上看,复合材料最常见的是热固性材料。然而,热塑性复合材料因其可回收性、易于制造和设计灵活性而越来越受欢迎。热固性塑料和热塑性塑料之间的主要区别在于,热固性塑料在成型、固化和冷却后无法重新塑形,而热塑性塑料可以重新加热和重新成型。

热固性和热塑性材料具有不同的优点,可根据应用所需的特性类型进行选择。例如,热固性复合材料具有耐高温和优异的抗疲劳性能。而热塑性复合材料具有更出色的韧性以及可回收性潜力。

 

拉挤成型在高级复合材料制造过程中发挥什么作用?

拉挤成型是高级复合材料的一种制造方式。这是一个连续模塑过程,其中纤维被液态聚合物浸透,然后小心地拉过加热的模具以形成部件。拉挤成型可用于制造几乎任何长度的产品,例如横梁、通道、管道、钓鱼竿和高尔夫球杆杆身。如果您听说过“拉挤碳纤维”等术语,这仅表示碳纤维复合材料是通过拉挤成型工艺制成的。

 

什么是复合板?

复合板复合板,也称为夹芯板,是多层 FRP 复合材料与芯材堆叠形成夹层结构。面板(也就是复合夹芯板的外层)由复合层压板制成。复合层压板是复合材料层。根据应用,可以把泡沫等其他材料夹在聚合物层压板之间,以产生某些特性。一种常见的热塑性层压板是单向胶带,这是一种非常薄的材料,其中所有纤维的方向都与树脂的方向相同。单向胶带通常成卷制造,允许较长的、连续制造的材料长度。有机板材是另一种层压板,可以由碳纤维、玻璃纤维或芳纶纤维织物制成。

防弹板是另一种复合板。这些板旨在提供针对子弹和其他炮弹的防护,并且经过构建可提供军用级防护 。防弹板由多层编织玻璃纤维制成,然后用树脂系统封装起来。防弹板的常见用途包括墙壁、屏障和防护服。

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高级复合材料适合您的产品吗?

确定高级复合材料是否适合您的用例的最佳方法是与复合材料专家讨论您的需求。在 Avient,我们拥有各种材料领域专家,可以为您指明正确的方向。

首先,最好了解您的产品的应用环境类型以及您需要的特性类型(例如,耐热或防水、坚硬或柔软、颜色)。Avient 的使命是解决世界上最复杂的材料科学问题,这意味着从研发到生产为您提供全方位支持。立即联系我们以便开始项目。

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