复合材料的概念及发展
随着人类进步和科学技术的发展,人们在结构设计中对质量和功能的要求越来越高,传统的结构材料(如金属、无机非金属及有机高分子材料等)已经不能满足现代化结构对材料的需要。因此,复合材料这种功能材料便应运而生,并且很快得到了发展。
复合材料是指由两种或两种以上性能完全不同的材料组合在一起形成的一种新材料。这种广文的复合材料生产和使用历史源远流长。早在远古时期,人们就发现把稻草和土这两种材料用水搅拌形成稻草泥,用其修建的房屋干燥后要比单独使用稻草或土建造的房子结实和耐用。古代狩猎者使用的弓,就是采用弹性性能很好的竹片经过不同取向的叠合,获得了具有很好的弯曲刚度,但横向又不会破裂的“复合材料”弓。公元前古埃及人也发现把木材切成薄片,将树木生长方向按照不同取向铺设制成的胶合板,比相同厚度的单一木板具有更高的强度。这是人们已经认识到l「生长在自然界的竹子和树.木,具有生长方向与横向,承裁能力很不相同的特点,把这种特点加以充分综合利用的结果。因此,竹子和树木都是天然的复合材料”。在现代建筑结构中使用的钢筋混凝土也是一种最常见的复合材料,它是利用石料和钢材的独有特点制作而成的。由此可见,从人类社会对自然材料特点的认识到复合、利用,充分体现了进步和发展这一历史规律。
现代复合材料是由增强材料和包容材料结合而成的,其中的每一种材料称为组分。一般来说,增强组分为模量大、强度高的材料;包容组分称为基体,是模量和强度较低的软体材料,用手包容并固定分散的增强材料。包容材料与增强材料的结合面称为界面,宏观上彼此牢固地结合成整体形成复合材料,能够提供单一材料所不具有的性能要求,这样就为材料和结构提供了更多的可设计性和选择性。.在复合材料发展初期,以玻璃纤维作为增强材料,以高分子材料作为基体材料的聚合基复合材科,俗名玻璃钢。