復(fù)合材料的概念及發(fā)展
隨著人類進(jìn)步和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,人們?cè)诮Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中對(duì)質(zhì)量和功能的要求越來越高,傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料(如金屬、無機(jī)非金屬及有機(jī)高分子材料等)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代化結(jié)構(gòu)對(duì)材料的需要。因此,復(fù)合材料這種功能材料便應(yīng)運(yùn)而生,并且很快得到了發(fā)展。
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上性能完全不同的材料組合在一起形成的一種新材料。這種廣文的復(fù)合材料生產(chǎn)和使用歷史源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。早在遠(yuǎn)古時(shí)期,人們就發(fā)現(xiàn)把稻草和土這兩種材料用水?dāng)嚢栊纬傻静菽?用其修建的房屋干燥后要比單獨(dú)使用稻草或土建造的房子結(jié)實(shí)和耐用。古代狩獵者使用的弓,就是采用彈性性能很好的竹片經(jīng)過不同取向的疊合,獲得了具有很好的彎曲剛度,但橫向又不會(huì)破裂的“復(fù)合材料”弓。公元前古埃及人也發(fā)現(xiàn)把木材切成薄片,將樹木生長(zhǎng)方向按照不同取向鋪設(shè)制成的膠合板,比相同厚度的單一木板具有更高的強(qiáng)度。這是人們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到l「生長(zhǎng)在自然界的竹子和樹.木,具有生長(zhǎng)方向與橫向,承裁能力很不相同的特點(diǎn),把這種特點(diǎn)加以充分綜合利用的結(jié)果。因此,竹子和樹木都是天然的復(fù)合材料”。在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)中使用的鋼筋混凝土也是一種最常見的復(fù)合材料,它是利用石料和鋼材的獨(dú)有特點(diǎn)制作而成的。由此可見,從人類社會(huì)對(duì)自然材料特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)到復(fù)合、利用,充分體現(xiàn)了進(jìn)步和發(fā)展這一歷史規(guī)律。
現(xiàn)代復(fù)合材料是由增強(qiáng)材料和包容材料結(jié)合而成的,其中的每一種材料稱為組分。一般來說,增強(qiáng)組分為模量大、強(qiáng)度高的材料;包容組分稱為基體,是模量和強(qiáng)度較低的軟體材料,用手包容并固定分散的增強(qiáng)材料。包容材料與增強(qiáng)材料的結(jié)合面稱為界面,宏觀上彼此牢固地結(jié)合成整體形成復(fù)合材料,能夠提供單一材料所不具有的性能要求,這樣就為材料和結(jié)構(gòu)提供了更多的可設(shè)計(jì)性和選擇性。.在復(fù)合材料發(fā)展初期,以玻璃纖維作為增強(qiáng)材料,以高分子材料作為基體材料的聚合基復(fù)合材科,俗名玻璃鋼。