复合材料的基体是什么?其作用是什么?

如题所述

  合材料基体即复合材料中作为连续相的材料,分为聚合物基体,金属基体,无机非金属基体。
  作用:基体材料起到粘结作用,均衡载荷,分散载荷,保护纤维的作用。复合材料分为两相,另一项为分散相,称为增强材料。
  简介:
  复合材料按照基体材料可分为金属基复合材料、无机非金属基复合材料和聚合物基复合材料这三大类。
  1.金属基复合材料
  在使用金属基复合材料时,不同领域要求迥异。举例来说,航天、航空领域对比强度、比模量、尺寸稳定性有严格的要求,因此会选择密度小的轻金属合金作为基体。而高性能发动机使用的复合材料不仅需要具备高比强度、比模量,还对其耐高温、耐氧化性能提出了要求,一般使用钛基、镍基合金以及金属间化合物做基体材料。普通汽车发动机对材料的耐热、耐磨、导热性能、高温强度有一定的考量,同时又要求成本低,适合批量生产,通常用铝合金材料做基体。而工业集成电路基板和散热元件,必须具有高导热、低膨胀特性,一般使用铜、铝等仅是作为基体。
  如果想要增强金属基复合材料的强度,添加连续纤维增强材料可以有效达到这个目的。因为纤维作为增强材料,它的强度和模量都要高于金属基体。而在以颗粒、晶须、短纤维为增强材料的非连续增强金属基复合材料中,增强材料的强度和模量均要低于金属基体。选择增强材料时,还必须充分考虑其与金属基体的相容性,尤其是化学相容性。保证在金属基复合材料高温成型过程中,增强材料不会与基体发生化学反应,而影响复合材料的物理化学功能。当复合材料中含多种物质的时候,这一点就显得更加重要。
  2.无机非金属基复合材料
  无机非金属基复合材料的基体材料主要包括水泥、石膏和水玻璃等。我们以应用最广泛的水泥材料为例,水泥材料是多孔体系,这一特征不仅会影响基体本身的性能,也会影响纤维与基体的界面粘接。纤维与水泥的弹性模量比不大,应力的传递效应远不如纤维增强树脂。水泥基材的断裂延伸率较低,在受到强力拉伸时,水泥基体会先于纤维发生开裂。水泥基材中含有粉末或颗粒状的物料,与纤维成点接触,因此纤维的掺量受到很大的限制。水泥基材呈碱性,对金属纤维可起到一定的保护作用,但对大多数矿物纤维不利。
  3.聚合物基复合材料

  作为基体材料的复合物包括不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂及各种热塑性聚合物,这也是一种非常重要的复合材料。在聚合物基复合材料中添加纤维增强材料,可以起到增加强度的作用,所用的纤维种类有玻璃纤维、碳纤维、有机纤维和其他纤维等。
  玻璃纤维具有很高的拉伸强度,而且防火、防霉、防蛀、耐高温,电绝缘性能也非常出色。其化学稳定性良好,除了HF、浓碱、浓磷酸外,与其他所有化学药品和有机溶剂都不会发生化学反应。但玻璃纤维也有缺点,那就是具有脆性、不耐磨、对人的皮肤有刺激性等。
  碳纤维具有良好的耐高低温性能,其比重在1.5到2之间,热膨胀系数有各向异性的特点,导热有方向性,比电阻与纤维类型有关。化学性质较为稳定,除了能被强氧化剂氧化以外,与一般酸碱均不会发生反应,还具有耐油、抗辐射、吸收有毒气体和减速中子等性能。
  有机纤维具有很高的拉伸强度以及弹性模量,它的密度小,热稳定性高,热膨胀系数各向异性,有良好的耐介质性能,但容易被各种酸碱腐蚀,耐水性不好。
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