目前通過(guò)使用傳統(tǒng)材料(如金屬)生產(chǎn)的任何物品幾乎都可以由復(fù)合材料制成。雖然在許多情況下已經(jīng)明確可以采用復(fù)合材料,但也存在一些情況,材料的選擇會(huì)取決于工作壽命、生產(chǎn)產(chǎn)品數(shù)量、產(chǎn)品形狀復(fù)雜性、裝配成本以及設(shè)計(jì)師在開發(fā)復(fù)合材料方面的經(jīng)驗(yàn)和技巧等諸多因素。因此,在某些情況下,可以通過(guò)將復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料結(jié)合使用來(lái)達(dá)到最佳效果。下面讓我們簡(jiǎn)要地看一下復(fù)合材料的諸多好處: 重量輕與大多數(shù)木材和金屬材料相比,復(fù)合材料的重量輕。復(fù)合材料輕量化特性在汽車和飛機(jī)上很重要,因?yàn)橹亓枯p也就意味著燃油效率更高。飛機(jī)的設(shè)計(jì)人員對(duì)重量格外關(guān)注,因?yàn)轱w機(jī)重量的下降會(huì)減少其所需的燃油量,并提高其最高飛行速度。而目前一些現(xiàn)代飛機(jī)如波音787 Dreamliner的復(fù)合材料使用量比金屬還多。 高強(qiáng)度通過(guò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以使復(fù)合材料比鋁或鋼堅(jiān)固得多。金屬在各個(gè)方向上的強(qiáng)度均相同,但是可以通過(guò)對(duì)復(fù)合材料進(jìn)行工程設(shè)計(jì),使其在特定方向上堅(jiān)固。 高比強(qiáng)度強(qiáng)度重量比是材料相對(duì)于其重量的強(qiáng)度。一些材料如鋼非常堅(jiān)固但卻非常重,而其他材料如竹竿可能又輕又結(jié)實(shí)。復(fù)合材料可以設(shè)計(jì)成既堅(jiān)固又輕巧的結(jié)構(gòu)。這就是復(fù)合材料為什么大量用于制造飛機(jī)的原因,復(fù)合材料可實(shí)現(xiàn)用盡可能低的重量獲得非常高的強(qiáng)度。當(dāng)用金屬加工某一結(jié)構(gòu)時(shí),為了使其在某一方向上獲得更大的強(qiáng)度時(shí),通常必須使該材料變厚,這無(wú)疑會(huì)增加了重量。而復(fù)合材料優(yōu)勢(shì)在于可以堅(jiān)固但卻不重。在目前常用的結(jié)構(gòu)材料中,復(fù)合材料具有最高的強(qiáng)度重量比。 耐腐蝕性能復(fù)合材料可抵抗惡劣天氣以及其他可能具有侵蝕性化學(xué)物質(zhì)的破壞。因此,復(fù)合材料是處理或儲(chǔ)存化學(xué)品的良好選擇。在室外,它們可以經(jīng)受惡劣的天氣和溫度的變化。 高沖擊強(qiáng)度通過(guò)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以吸收子彈或爆炸等引起的沖擊。基于該特性,復(fù)合材料可用于防彈背心和面板,并保護(hù)飛機(jī)、建筑物和軍用車輛免受爆炸。 設(shè)計(jì)靈活性與多數(shù)的其他材料相比,復(fù)合材料可以更容易地實(shí)現(xiàn)具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)件的成型加工,復(fù)合材料設(shè)計(jì)師可以加工幾乎任何形狀結(jié)構(gòu)件。例如,目前大多數(shù)休閑船都是由玻璃纖維復(fù)合材料制成的,因?yàn)檫@些材料可以輕松地模制加工成復(fù)雜的形狀,從而改善了船的設(shè)計(jì),同時(shí)降低了成本。 零件一體化用復(fù)合材料制成的單個(gè)零件可以代替金屬零件的整個(gè)組件。而減少機(jī)器或結(jié)構(gòu)中零件的數(shù)量可以節(jié)省時(shí)間,并減少了產(chǎn)品使用壽命內(nèi)所需的維護(hù)成本。 尺寸穩(wěn)定性復(fù)合材料在高溫、低溫、濕態(tài)或干態(tài)時(shí)均能保持其形狀和尺寸。因而在要求緊密配合不變的情況下,復(fù)合材料可能是更好的選擇,如復(fù)合材料廣泛用于飛機(jī)機(jī)翼,保證了機(jī)翼的形狀和大小不會(huì)隨著飛機(jī)升起或降落而改變。 絕 緣復(fù)合材料具有不導(dǎo)電的特性,這意味著它們絕緣。此特性使其適用于電線桿和電子產(chǎn)品中的電路板等。當(dāng)然該絕緣特性會(huì)取決于增強(qiáng)纖維類型,如玻纖、芳綸等本身就不導(dǎo)電,而碳纖維則具有一定的導(dǎo)電性。 非磁性復(fù)合材料不含金屬,因此,它們沒有磁性。它們可以在敏感的電子設(shè)備周圍使用。免受磁干擾可使MRI(磁共振成像)設(shè)備中使用的大型磁體性能更好。設(shè)備外殼和工作臺(tái)均使用復(fù)合材料。此外,房間的結(jié)構(gòu)可使用復(fù)合材料鋼筋來(lái)加固醫(yī)院的混凝土墻和地板。 雷達(dá)透明雷達(dá)信號(hào)可以直接穿過(guò)復(fù)合材料,這種特性使復(fù)合材料成為在雷達(dá)設(shè)備使用的理想材料。復(fù)合材料在隱形飛機(jī)(例如美國(guó)空軍的B-2隱形轟炸機(jī))中起著關(guān)鍵作用,這種雷達(dá)幾乎無(wú)法被雷達(dá)看到。 低導(dǎo)熱率復(fù)合材料是很好的絕緣體,它們不易導(dǎo)熱或冷傳導(dǎo)。因此,它們可用于建筑物的門、面板和窗戶,可在惡劣天氣下提供額外的保護(hù)。 耐用復(fù)合材料制成的結(jié)構(gòu)壽命長(zhǎng),幾乎不需要維護(hù)。人們尚不確定復(fù)合材料可以使用多長(zhǎng)時(shí)間,因?yàn)橹两裨S多原始復(fù)合材料的使用壽命還未結(jié)束,也就是說(shuō)許多復(fù)合材料已經(jīng)使用了半個(gè)多世紀(jì)。
尾注:本公眾號(hào)為國(guó)家工程實(shí)驗(yàn)室、省級(jí)工程實(shí)驗(yàn)室等平臺(tái)支持微信號(hào), |
|