引言
上文简要介绍了复合材料的概念和分类。
本文将介绍常用的纤维和基体及其特点。
纤维材料
常用的纤维材料有碳纤维、玻璃纤维、硼纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维等。
其中玻璃纤维是最早使用的一种增强材料，它强度高、延伸率大，但弹性模量较低，和铝相近，用于飞行器结构中。
硼纤维实际上是一种复合纤维，通常以钨丝和石英为芯材，采用化学气相沉积法制取，它的压缩强度是其拉伸强度的2倍，是其他增强纤维尚未看到的。
芳纶纤维是一种新型有机纤维，属于聚芳酰胺，国外牌号是Kevlar。芳纶纤维具有超高强度、高模量和耐高温、耐酸耐碱、重量轻等优良性能,其强度是钢丝的 5~6倍，模量为钢丝或玻璃纤维的2~3倍，韧性是钢丝的2倍，而重量仅为钢丝的1/5左右，在560度的温度下，不分解，不融化。用于降落伞、防弹衣、雷达罩、导弹发动机壳体等。
陶瓷纤维是一种纤维状轻质耐火材料，具有重量轻、耐高温、热稳定性好、导热率低、比热小及耐机械震动等优点，可用于发动机、石油化工设备等。
碳纤维
由于碳纤维使用最为广泛，本文针对碳纤维，做稍为详细的介绍。
碳纤维是由碳元素组成的一种特种纤维。具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性；外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维的主要用途是作为增强材料与树脂、金属、陶瓷及炭等复合，制造先进复合材料。碳纤维增强环氧树脂复合材料，其比强度及比模量在现有工程材料中是最高的。
碳纤维的主要产品有聚丙烯腈基，沥青基及黏胶基3大类，每一类产品又因原纤维种类、工艺及最终碳纤维性能等不同，又分成许多品种；“碳纤维”一词实际上是多种碳纤维的总称。（百度百科）
碳纤维有按照基体分类的，有按照工艺分类的；本文主要介绍按照力学性能为原则进行的分类方式，通常以弹性模量和强度进行分类。
日本东丽公司是全球顶尖的先进材料制造企业，是世界第一大碳纤维制造商，下图为该公司碳纤维产品的型谱。
其中，M系列对应高模量产品，T系列对应高强度产品；后面的数值对应等级，数值越大，等级越高。下图为其产品的大致性能。
我国大多数公司碳纤维产品对标东丽的命名方式；目前，一些性能较高的产品，国际上对中国封锁或限制购买；随着国内替代产品的出现，这些限制也逐步放松，国内外产品形成一定的竞争关系；但是目前国内产品大多还是T系列，M系列的产品由于各种限制，在实际使用中存在一定难度。
国内生产碳纤维丝的工厂主要有：中复神鹰，沈阳中恒，吉林神舟，吉林石化，江苏恒神，常州中简，河南永煤，扬州慧通等；生产碳纤维制品的工厂有：江苏天鸟，宜兴飞舟，威海光威，中复神鹰，盐城翔力等。目前，中复神鹰目前具有千吨级的T800生产能力。
基体材料
常用的基体材料有树脂基体、金属基体、陶瓷基体、碳素基体等。
树脂基体分为热固性和热塑性两类：
热固性：固化后不能软化；常用的包括环氧、酚醛和不饱和聚酯树脂等；环氧树脂应用最广泛，粘结力强，固化收缩小，固化成型方便；酚醛树脂耐高温，电绝缘性好，价格低；聚酯树脂工艺性好，可室温固化，价格低，但固化收缩大，耐热性低；
热塑性：加热到转变温度会重新软化，易于制成模压复合材料；常用的包括聚乙烯、聚苯乙烯、聚酰胺（尼龙）、聚碳酸酯、聚丙烯树脂等。
树脂基体强度大多在40~100MPa，模量在2~5GPa。
金属基体主要用于耐高温场合，具有耐300℃以上高温、表面抗侵蚀、导电导热、不透气等优点。主要为铝、铝合金、镁、钛合金、铜等。一般有碳纤维铝基、碳化硅钛基、硼纤维铝基等。其中石墨纤维增强纯铝基强度可达680MPa，模量178GPa；SiC增强6061铝合金抗拉强度达1500MPa，模量230GPa。
陶瓷基体耐高温、化学稳定性极好，具有高模量和高抗压强度，但脆性，耐冲击差；常用纤维增强制成复合材料，用于发动机部分零件。
碳素基体主要用于碳纤维增强碳基体复合材料；抗拉强度100MPa以上，模量50GPa。
构造及工艺
复合材料一般分为单层复合材料（单层板）、层叠复合材料（层合板）和短纤维复合材料等。有关其力学性能和分析方法，后文会介绍。
成型工艺主要有：手糊成型法、两步法压力成型法、缠绕成型法和纤维预制体法等，这里不详细展开。
特点
复合材料有许多自身的特点：
比强度高；
比模量高；
阻尼高；
材料可设计性强；
制造工艺相对简单；
有些材料热稳定性好；
高温性能好；
材料各向异性；
性能分散性大，质量控制困难；
成本相对较高；
有些材料韧性差。
最后
本文介绍了常用的纤维和基体及其特点，下文将开始具体介绍复合材料的力学分析方法。
作者：数联结构
精选：王华军
编辑：刘义美
爱仿真 关注仿真科技控视频号！
联系客服
