汽車復合材料的定義、分類和基本特點(二)

汽車復合材料的定義
    不少專家認為,當前人類已從合成材料時代進入到了復合材料時代,這種提法是有一定的科學依據的。因為想要合成一種新材料使之滿足各種高性能要求的綜合指標是非常困難的。即使研制出了某一種滿意的材料,從實驗室到規?;a的投入之大和周期之長也令人望而生畏。但是,如果把現有的材料復合起來,則有可能達到事半功倍的效果。復合材料正是在這種技術研發的思路指導下蓬勃發展起來的,同時,也造就了其不同于常規材料的許多特點和性能。那么復合材料究竟是一種什么樣的材料呢?它的正確定義應該是什么?我們應該如何正確理解和認識它呢?
    根據國際標準化組織為復合材料下的定義,復合材料是由兩種以上物理和化學性質不同的物質組合而成的一種多相固體材料。我國標準GB/T 3961-1993對它的定義則是,由兩個或兩個以上獨立的物理相,包括粘結材料(基體)和粒料、纖維或片狀材料所組成的一種固體材料即為復合材料。國際標準化組織和我國的標準盡管在文字組織上有所不同,但定義的基本內容是一致的。根據其定義,我們可以從以下幾個方面來認識和理解復合材料。
    1、復合材料具有廣義的范疇,并沒有規定它由哪些特定的材料組合而成,也沒有對材料的物質成分進行限定,而只是定義兩種材料以上的組合,是一個材料使用方法的概念。由此我們可以想象,復合材料應該是包羅萬象的,可以被設計成各種各樣的材料性能,這就為我們的創新和發展提供了無限的空間。
    2、 復合材料的組分和它們的相對含量是經人工選擇和設計的,并且是經人工制造而成而并非天然形成的,這有助于我們區別具有某些復合材料形態特征的天然復合材料。
    3、 復合材料的組分雖然可以是多種多樣的,但是必須具有相對的獨立性,即復合后仍然保持其固有的物理和化學性質,這不同于我們所知的化合物或合金一類的材料。
    4、 復合材料的性能取決于各組分材料性能的協同,不是各組分材料之間性能的簡單相加,而是有著重要的改進意義。因此,復合材料具有新的、獨特的和可用的性能,這種性能是單組分材料性能所不及或不同的,它應該是一種可設計的材料。
    5、復合材料是各組分之間被明顯界面區分的多相材料。其中組分材料被區分為增強相和基體相,增強相和基體相是根據它們組分的物理和化學性質以及在終復合材料中的形態來區分的。增強相組分通常呈纖維(連續的或短切的)、薄片或顆粒狀,具有較高的強度、模量、硬度和脆性,在復合材料承受外加載荷時是主要的承載體。由于其在復合材料中呈分散形式,被基體相隔離并包圍,因此又將其稱為“分散相”?;w相組分是包圍增強相并相對較軟和韌性的貫連材料。在復合材料中,增強相和基體相之間存在著明顯的結合面,稱為“復合材料的界面”。由于復合材料的界面位于增強相和基體相之間,并使這兩相彼此相連,而化學成分和力學性能與相鄰兩相又有明顯的區別,能夠起著傳遞載荷的作用,所以其對復合材料的性能、破壞行為及應用效能具有很大的影響。
    以上定義和解讀所規定的是廣泛意義的復合材料,既包括了聚合物基(樹脂)復合材料,又包括了金屬基復合材料、陶瓷基復合材料、碳/碳復合材料、水泥基復合材料等。其中,聚合物基(樹脂)復合材料的應用廣,品種多,產量高,在復合材料中占據著重要的地位。在聚合物基(樹脂)復合材料中,纖維增強聚合物基(樹脂)復合材料又是應用廣、品種多且產量高的一種,其在聚合物基(樹脂)復合材料中占據著重要的地位,因此人們習慣上將纖維增強聚合物基(樹脂)復合材料簡稱為“復合材料”,而其他復合材料則被冠以全稱。
    在汽車工業中,目前主要使用的也是這種以纖維為增強相的樹脂基復合材料。因此,本文所指的“汽車復合材料”正是“纖維增強樹脂基復合材料”。由此我們得出了汽車復合材料的定義:能滿足汽車工業需求和技術性能指標的纖維增強樹脂基復合材料即為“汽車復合材料”。