術(shù)語(yǔ)“復(fù)合”是指由兩個(gè)或多個(gè)分開(kāi)的部分組成。復(fù)合材料是由兩種或多種成分組成的材料，這些成分在宏觀上彼此化學(xué)分離，并且這些成分之間存在界面。從概念上講，自從以色列人在公元前800年左右使用稻草作為磚的增強(qiáng)材料以來(lái)，就已經(jīng)存在纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料。在1930年代，美國(guó)開(kāi)始使用短玻璃纖維增強(qiáng)材料和纖維增強(qiáng)復(fù)合材料來(lái)粘結(jié)水泥。
纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合材料結(jié)構(gòu)具有許多優(yōu)點(diǎn)，包括：
優(yōu)異的力學(xué)性能，例如拉伸、彎曲、壓縮和沖擊強(qiáng)度；
與單位面積重量的未增強(qiáng)塑料和金屬相比，可提供更高的強(qiáng)度值；
通過(guò)在各種機(jī)械和環(huán)境壓力下提供尺寸穩(wěn)定性來(lái)保持其形狀和功能；
高耐腐蝕性；
成本低；
具有斷裂韌性；
為設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了便利。
復(fù)合材料已經(jīng)使用了很長(zhǎng)時(shí)間，但是在1960年代，隨著聚合物基復(fù)合材料的引入，這些材料開(kāi)始引起了業(yè)界的關(guān)注。通過(guò)用纖維增強(qiáng)聚合物基復(fù)合材料代替鋼，可以降低60-80％的重量，而替換鋁時(shí)可以降低20-50％的重量。如今，這些結(jié)構(gòu)在能源領(lǐng)域到航空業(yè)都有廣泛的應(yīng)用。
纖維增強(qiáng)材料是復(fù)合結(jié)構(gòu)中的基本承載元件。用于纖維增強(qiáng)的聚合物復(fù)合結(jié)構(gòu)中，增強(qiáng)纖維的效率取決于所使用的纖維類型、纖維長(zhǎng)度、體積含量和纖維取向。玻璃纖維、碳纖維和芳族聚酰胺纖維通常會(huì)用于聚合物復(fù)合材料的增強(qiáng)材料。增強(qiáng)材料的選擇取決于最終產(chǎn)品的預(yù)期用途、生產(chǎn)管理和成本。
復(fù)合材料結(jié)構(gòu)中聚合物基體的主要作用如下：
保持纖維結(jié)構(gòu)在一起；
保護(hù)纖維結(jié)構(gòu)不受外界因素影響；
確保結(jié)構(gòu)上的張力以均勻的方式在纖維之間傳遞。
聚合物基體直接影響基本工藝特性，并對(duì)其復(fù)合材料結(jié)構(gòu)機(jī)械性能的貢獻(xiàn)。例如，在包含熱固性聚合物基體的復(fù)合材料應(yīng)用中，成型時(shí)間直接取決于聚合物基體的化學(xué)反應(yīng)時(shí)間。此外，熱固性聚合物基體的粘度是決定模具流動(dòng)/加工時(shí)間的非常重要的因素。
增強(qiáng)纖維和聚合物基質(zhì)的熱膨脹系數(shù)互不相同，聚合物基體的熱膨脹系數(shù)通常會(huì)高于纖維結(jié)構(gòu)。因此，當(dāng)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)開(kāi)始從加工溫度冷卻至環(huán)境溫度時(shí)，聚合物基體中發(fā)生的高拉伸（收縮）會(huì)在纖維結(jié)構(gòu)上和周圍產(chǎn)生額外的應(yīng)力。從復(fù)合材料的外部進(jìn)入內(nèi)部的內(nèi)部應(yīng)力有時(shí)可能會(huì)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)上引起微裂紋。
熱固性聚合物基體通常具有低粘度值。在用于最終產(chǎn)品的過(guò)程中，熱固性聚合物基體與固化劑系統(tǒng)發(fā)生放熱和不可逆的反應(yīng)，并變?yōu)楣腆w。熱固性樹(shù)脂廣泛用于復(fù)合材料技術(shù)中。最常用的熱固性樹(shù)脂是環(huán)氧樹(shù)脂、乙烯基酯和聚酯。通常，纖維增強(qiáng)聚合物復(fù)合技術(shù)中使用的基本結(jié)構(gòu)元素可以分為三大類，分別為：聚合物基體（樹(shù)脂）、增強(qiáng)材料、夾芯結(jié)構(gòu)和核心材料。
簡(jiǎn)要介紹一下復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)。
復(fù)合材料夾芯結(jié)構(gòu)技術(shù)的目的是提高復(fù)合材料的強(qiáng)度。盡管它的重量與單層結(jié)構(gòu)相比沒(méi)有明顯增加，但是就強(qiáng)度而言，它相當(dāng)耐用。它是通過(guò)將芯材放置在兩個(gè)纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料層之間，并且纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料和芯材料是剛性材料，來(lái)實(shí)現(xiàn)這種結(jié)構(gòu)。泡沫或輕木通常用作芯材。在這種結(jié)構(gòu)中，外層防止彎曲，而芯材承載載荷并將載荷傳遞至支撐元件。
通過(guò)使用夾心結(jié)構(gòu)，可以將彎曲強(qiáng)度提高3到5倍，將剛度提高7倍，而重量增加3％。在夾芯結(jié)構(gòu)產(chǎn)品中，核心材料粘結(jié)在兩個(gè)高強(qiáng)度壁之間。在夾層結(jié)構(gòu)中，芯材承受剪力和點(diǎn)荷載壓力，而墻體承受彎曲荷載并包含它將遇到的拉力和壓力荷載（如下圖所示）。
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