1.5 復合材料

1.5.1 什么是復合材料？

復合材料按其組成可分為金屬-金屬復合材料、非金屬-金屬復合材料、非金屬-非金屬復合材料。復合材料是通過物理或化學的方法組成具有新性能的材料，其綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。復合材料的基體材料分為金屬材料和非金屬材料兩大類，前者常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金，后者主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、炭等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質細粒等。

1.5.2 復合材料有什么優點？

1）具有很高的比強度和剛度。

2）可以在廣泛的溫度范圍內使用，同時其使用溫度均高于其組成材料。

3）良好的尺寸穩定性。

4）良好的化學穩定性（聚合物基復合材料和陶瓷基復合材料具有良好的耐蝕性）。

5）良好的疲勞性能、蠕變性能、沖擊性能和斷裂韌度。

1.5.3 復合材料有哪些應用？

復合材料的應用已經非常廣泛，下面舉一些例子。

（1）酸奶包裝復合材料 酸奶包裝復合材料包括聚乙烯+二氧化鈦、多層復合高密度聚乙烯材料等。

1）聚乙烯+二氧化鈦。在生產聚乙烯薄膜時，添加白色的二氧化鈦所生產出來的聚乙烯薄膜有一定的阻光性能，可以起到一定的遮光作用，以適應酸奶對包裝材料的不透明的要求。

2）多層復合高密度聚乙烯材料。常用的主要有三層結構的高密度聚乙烯（中層為含炭的黑色高密度聚乙烯，內層和外層為含二氧化鈦的白色高密度聚乙烯）和五層結構的高密度聚乙烯。

（2）食品包裝復合材料 常用塑料鋁復合膜PET12/AL9/PE70，即外層為12μm的聚酯耐磨保護層，中層為9μm的鋁箔阻隔層，內層為70μm的熱封層。復合膜的特點如下：

1）可以高溫殺菌，食品保存期長。

2）密封性能好，適宜各類食品包裝。

3）防氧氣、水、光線的透過，保持食品的色、香、味。

4）鋁箔層具有銀色外觀，可增加印刷效果。

（3）不粘鍋 不粘鍋之所以不粘，是由于鍋內層涂上了稱為“特富龍”的涂料。這種涂料是含氟樹脂的總稱，包括聚四氟乙烯、聚全氟乙丙烯及各種含氟共聚物。由于它們具有耐高溫、低溫、自潤滑性、化學穩定性等優點，故不僅用于不粘炊具，而且還用于防水透氣材料（如防水衣物）、皮革、汽車部件，以及微波爐爆玉米花袋等。

（4）石油管道 可采用復合材料制作石油管道，如鋼骨架塑料管、玻璃鋼管等。

1）鋼骨架塑料管由鋼骨架+塑料管復合而成。

2）玻璃鋼管由玻璃纖維+酚醛樹脂等粘合而成。

（5）銅鋁復合散熱器 外層散熱部分為鋁合金，走水部分為純銅管。復合管具有驚人的熱傳導速度和循環使用的物理特性，以及出眾的耐蝕性、廣泛的適用性、較好的熱價比、較高的保值率和優美的外觀。

（6）飛機用碳纖維 增強塑料碳纖維是用粘膠絲、聚丙烯腈纖維和瀝青絲等為原料，在1000～3000℃下碳化而成的。碳纖維的直徑極細（7μm左右），但強度特別高。用它替代鋁合金或鈦合金后，飛機的自重能減輕15%，用同量的燃料，能增加飛行距離10%，爬高率增加10%，起飛滑跑距離縮短15%。

（7）宇宙飛船和人造衛星用燒蝕材料 當宇宙飛船和人造衛星返回地面時，與空氣劇烈摩擦，外殼溫度可達5000℃以上。外殼使用燒蝕材料后，在高溫、高壓氣流沖刷的條件下，燒蝕材料發生熱解、汽化、升華、熔化、輻射等作用，通過表面材料的損耗而帶走大量熱量，結果只在表面上“剝掉一層皮”，而內部的人、儀器設備、資料卻可安全地返回地面。