常用复合材料及其应用场景

1.纤维增强复合材料

（1）玻璃纤维增强复合材料 此材料是指以树脂为基体，以玻璃纤维为增强剂的复合材料。玻璃纤维是由玻璃（主要成分为SiO₂）熔化后以极快的速度抽制而成的，直径多为5～9μm，柔软如丝，单丝的抗拉强度达到1000～3000MPa，且具有很好的韧性，是目前复合材料中应用最多的增强纤维材料。根据复合材料基体的不同，其可分为热塑性和热固性两种。

以热塑性树脂作为基体的玻璃纤维增强复合材料，又称为增强塑料。常用的热塑性树脂基体有聚酰胺、聚乙烯、聚丙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等。其中，应用最广泛、增强效果最明显的是聚酰胺树脂。增强塑料的强度、硬度、弹性模量有所提高，但韧性有所下降。

以热固性树脂为基体的玻璃纤维增强复合材料，又称为玻璃钢。常用的热固性树脂基体有环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂、不饱和聚酯等，其中以环氧树脂的综合性能为最好，应用最广。玻璃钢力学性能优良，抗拉强度和抗压强度都超过一般钢和硬铝，而比强度更为突出，现在已广泛应用于各种机器护罩、复杂壳体、车辆、船舶、仪表、化工容器、管道等。

（2）碳纤维增强复合材料 碳纤维是将各种纤维在隔绝的空气中经高温炭化制成，一般在2 000℃烧成的是碳纤维，在 2500℃以上石墨化后可得到石墨纤维。碳纤维比玻璃纤维的强度略高，而弹性模量则是玻璃纤维的4～6倍，并且碳纤维具有较好的高温力学性能，目前主要使用的是聚丙烯腈系碳纤维。

碳纤维可以和树脂、碳、金属以及陶瓷等组成复合材料。其常与环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等复合，不但保持了玻璃钢的优点，而且许多性能优于玻璃钢。例如，碳纤维-环氧树脂复合材料的弹性模量接近于高强度钢，而其密度比玻璃钢小，同时还具有优良的耐磨、减摩、耐热和自润滑性，不足之处是碳纤维与树脂的结合力不够大，各向异性明显。碳纤维复合材料多用于齿轮、活塞、轴承密封件、航天器外层、人造卫星和火箭机架、壳体等，也可用于化工设备及运动器材（如羽毛球拍、钓鱼竿等）。发达国家还大量采用碳纤维增强的复合建筑材料，可使建筑物具有良好的抗震性能。

（3）其他纤维增强复合材料

1）硼纤维复合材料：在直径约为10μm的钨丝、碳纤维上或其他芯线上沉积硼元素制成直径约为100_μm的硼纤维增强材料。其强度和弹性模量均比玻璃纤维高，但工艺较复杂、成本高，已逐渐被碳纤维所取代。(www.xing528.com)

2）有机纤维复合材料：以芳香族聚酰胺纤维（芳纶）性能为最佳，主要品种有凯芙拉（Kevlar）、诺麦克斯（Nomex）等。这类纤维是由各种不同的对苯二甲酸或间二甲酸的氯化物与间苯二胺经缩聚而成。其密度是所有纤维中最小的，而强度和弹性模量都很高。与环氧树脂结合的复合材料已在航空、航天工业方面得到应用。同时，芳纶纤维又可用于轮胎帘子线、传动带、电绝缘件等。

2.层叠复合材料

工业上用的层叠复合材料是用几种性能不同的板材经热压胶合而成的。层叠复合材料广泛应用于要求高强度、耐蚀、耐磨、装饰及安全防护等方面。

层叠复合材料有夹层结构的复合材料、双层金属复合材料、塑料-金属多层复合材料。夹层结构的复合材料已广泛应用于飞机机翼、船舶、火车车厢、运输容器、安全帽、滑雪板等。由两种膨胀系数不同的金属板制成的双层金属复合材料，可用于制造测量和控制温度的简易恒温器等。

3.粒子增强复合材料

这是由一种或多种颗粒均匀分布在基体中所组成的材料。一般粒子的尺寸越小，增强效果越明显，颗粒的直径小于0.1μm时，称为弥散强化材料。按需要不同，加入金属粉末可增加其导电性，如加入Fe₃O₄磁粉可改善导磁性，加入MoS₂可提高减摩性。陶瓷颗粒增强的金属基复合材料，具有高的强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和小的膨胀系数，用于制作刀具、重载轴承及火焰喷嘴等高温工作零件。

除上述复合材料外，还有骨架增强复合材料，如多孔浸渍材料等。