複合材料:超越單純材料的強大性能

發佈:2024-07-10, 週三

複合材料,又稱合成材料或簡稱複合材料,是一種由兩種或多種物理或化學性質顯著不同的組成材料製成的材料。當這些材料結合時,會產生具有不同於單一成分的特性,且各個組件在最終結構中保持獨立且獨特。

複合材料因其具有以下優點而受到廣泛青睞:

更堅固:複合材料通常比傳統材料更堅固,例如鋼筋混凝土比混凝土更堅固。

更輕:複合材料通常比傳統材料更輕,例如碳纖維比鋼更輕。

更便宜:複合材料通常比傳統材料更便宜,例如玻璃纖維比鋁更便宜。

更耐用:複合材料通常比傳統材料更耐用,例如可以抵抗腐蝕和磨損。

多功能性:複合材料可以定制以滿足各種應用需求。

常見的複合材料類型

複合材料的組成,含蓋多種領域,無論有機物、無機物、金屬,都可以找到複合材料的蹤跡:

複合建築材料:水泥、混凝土等

增強塑料:例如纖維增強聚合物 (FRP)

金屬複合材料:例如鋁鈦複合材料

陶瓷複合材料:例如碳陶瓷

複合材料能夠應用在哪些領域?

複合材料的應用範圍廣泛,包括:

建築物:例如橋樑、房屋和摩天大樓

交通運輸:例如飛機、汽車和自行車

運動器材:例如高爾夫球桿、網球拍和棒球帽

電子設備:例如手機、筆記本電腦和電視

醫療設備:例如人工關節、植入物和手術器械

複合材料的製造過程

複合材料的製造過程通常包括以下幾個步驟:

材料準備:將基體材料和增強材料準備好。

混合:將基體材料和增強材料混合在一起。

成型:將混合物成型為所需形狀。

固化:將混合物固化。

複合材料的未來展望

隨著技術的不斷發展,複合材料的性能和應用範圍將會得到進一步的提升。未來,複合材料將在航空航天、新能源、生物醫學等領域發揮更加重要的作用。

材料測試與法規

以下整理出複合材料(也適用於其他種類材料)的測試項目與相關法規:

機械性質

檢測項目 國際法規
傅里葉轉換紅外光譜 (FTIR) ASTM D3677
硬度 (Hardness) ASTM E384 ASTM D2240
密度 (Density) ASTM D792
纖維含有率 (Fiber content) ASTM D3171 ISO 14127
空孔率 (Porosity) ASTM D2734 ISO 7822

熱性質

試驗項目 國際法規
水平燃燒 (Horizontal burning test)
垂直燃燒 (Vertical burning test)
UL 94
熱變形溫度 (Heat deflection temperature) ASTM D648 ISO 75-1 ISO 75-2 ISO 75-3
玻璃轉移溫度 (Glass transition temperature) ASTM D696 ISO 11359-2
熱膨脹係數 (Coefficient of thermal expansion) ASTM D696 ISO 11359-2
導熱係數 (Heat Transfer Coefficient) ASTM E1461 ISO 22007-2
熱示差掃描分析儀 DSC (Differential scanning calorimetry) ASTM D3418 ISO 11357-2
熱重分析儀 TGA (Thermogravimetric analysis) ASTM E1131

導電性質

試驗項目 國際法規
表面電阻率 (Surface resistivity) ISO 14309
體積電阻率 (Volume resistivity) ISO 13931 ISO 14309

環境耐受性質

試驗項目 國際法規
老化試驗 (Aging test) ASTM G154 ISO 4892-1
耐候測試 (Weathering resistance test) ASTM G155 ISO 4892-2
耐化學腐蝕性 (Chemical resistance) ASTM D543 ISO 175
鹽霧試驗 (Salt Spray test) ASTM B117