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什么是復合材料? 復合材料基材的作用是什么?
發布時間: 2023年04月12日




  何謂復合材料?復合材料就是兩種或兩種以上不同性子,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,其中一相是延續的,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因為復應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轉變的區域可為一相,稱界面相。

復合材料板

  強化材之功用重要在使制品具有高剛性及高強度,一樣平常使用高比強度(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、短纖維或延續纖維之情勢散布在基材內,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、比鋁合金高3.5倍)和玻璃纖維;纖維強化高分子基復合材料具有質量輕、單位重量之強度與剛性均高,韌性強,且能耐天候、耐腐蝕,耐委靡等性子,其應用范圍包括航太工業、民生工業、交通工具、化學工業、壓力容器等。(例如Aramidfibers俗稱kevlarokevlar的抗拉能力幾乎等于結構用鋼筋,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)。

  有些復合材料其比熱、熔融熱、氣化熱大,耐熱性較好,在高熱下能吸取大量熱能,可為優秀的耐燒蝕材料。

  一樣平常金屬材料之委靡弦度極限約為其抗扛強度之30~50%,而有些復合材料之委靡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),故可做出耐委靡性好之復合材料。

  單獨之纖維雖具有特別很是高的抗拉弦度及剛性,但承擔軸向壓應力卻較小,若在無珍愛狀態下,纖維外觀容易受到周遭環境化學成分之侵蝕而產生外觀缺陷,使強度降落,另一方面各自力纖維間之機械性子差異很大,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,因此必要基材的協助。

  基材之功能包括:

  (一)固定結構外型,結合A化材,以維持強化材所需之走向與外形。

  (二)將負荷分散傳遞至強化纖維。

  (三)對強化纖維提供側向支持,使弦化纖維有抗掛曲能力,使結構具有耐壓強度。

  (四)珍愛弦化材以避免因直接機械性接觸而導致外觀被磨損。

  (五)阻絕外界惡劣之環境,珍愛強化纖維不受外界化學成分所侵蝕。

  (六)使制品具有水密性。

碳纖維基材

  常用的基材可分樹脂基復合材料、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,前者如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、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型後,加溫將無法使其熔化,溫度夠高,只會促使其分解,會有如許的特征是高分子間有程度不等的連結。

  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,有如許特征的高分子其分子外形是較為線性,高分子與高分子間只以較弱之二次鍵鍵結,容易予以打破并允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、玻璃陶瓷基、水泥基、耐米陶瓷基復合材料等,例如陶瓷基之碳化矽基復合材料、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”,偶然更簡化為“碳纖維一環氧”,硼纖維與鋁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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