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複合材料

複合材料（簡稱複合材料）是由兩種或多種具有顯著不同物理或化學性質的組成材料構成的工程材料，它們在最終結構中保持分離和獨立。

複合材料（簡稱複合材料）是由兩種或多種組成材料構成的工程材料，它們在宏觀層面上保持分離和獨立，同時形成一個單一元件。組成材料有兩類：基體和增強材料。至少需要每種型別的一部分。基體材料包圍和支撐增強材料，並保持它們之間的相對位置。增強材料賦予其特殊的機械和物理效能，以增強基體效能。協同作用產生單個組成材料無法獲得的材料效能。由於可用的基體和增強材料種類繁多，設計潛力非常巨大。

最原始的複合材料是稻草和泥土，以磚的形式用於建築建設。最先進的例子在航天器上以極端的條件正常執行。最顯眼的應用以鋼和集料增強水泥或瀝青混凝土的形式鋪設我們的道路。那些最接近我們個人衛生的複合材料構成了我們的淋浴間和浴缸，由玻璃纖維製成。固體表面、仿花崗岩和人造大理石水槽和檯面被廣泛用於改善我們的生活體驗。

還有所謂的天然複合材料，如骨骼和木材。這兩種材料都是由自然界的過程構建的，超出了本文的範圍。工程複合材料必須成形。這涉及在元件生命週期開始時或接近開始時，在操縱基體效能的同時，戰略性地放置增強材料，以實現熔合事件。根據最終產品的設計要求，使用了多種方法。影響方法的主要因素是所選基體和增強材料的性質。另一個重要因素是要生產的材料的總量。大量材料可以用來為快速和自動化的製造技術辯護高資本支出。少量生產則以較低的資本支出得到滿足，但相應的速率較慢，勞動力和工具成本較高。

大多數商業生產的複合材料使用聚合物基體材料，通常稱為樹脂溶液。根據起始原料的不同，有多種不同的聚合物可用。有幾個大的類別，每個類別都有許多變種。最常見的是聚酯、乙烯基酯、環氧樹脂、酚醛樹脂、聚醯亞胺、聚醯胺、聚丙烯、PEEK 等。增強材料通常是纖維，但也常見的是磨碎的礦物。

複合材料的物理效能通常不是各向同性的。例如，複合材料面板的剛度通常取決於施加力的方向和/或力矩的方向。相反，各向同性材料無論施加力的方向和/或力矩的方向如何，都具有相同的剛度。各向同性材料的力/力矩與應變/曲率之間的關係可以用以下材料特性來描述：楊氏模量、剪下模量和泊松比，這些關係可以用相對簡單的數學關係來描述。對於各向異性材料，它需要二階張量的數學，並且可能需要高達 21 個材料特性常數。對於正交各向同性的特殊情況，楊氏模量、剪下模量和泊松比各具有三個不同的材料特性常數，總共 9 個材料特性常數來描述力/力矩與應變/曲率之間的關係。

纖維增強複合材料可以分為兩大類，通常稱為短纖維增強材料和連續纖維增強材料。連續增強材料通常構成層狀或層壓結構。

衝擊、撞擊、載荷或重複迴圈應力會導致層壓板在兩層之間的介面分離，這種情況被稱為分層。單個纖維可以從基體中分離，例如纖維拔出。