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。
特性与应用
高级复合材料有哪些优势？
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。
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。
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——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。
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。
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，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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