為什么復合材料比較特殊？

對于傳統的金屬和塑料材料而言，由于材料在各個方向上特性相同，因此這些材料被稱為“均質”材料，加工而成的構件也具有典型的“各向同性”特性，因為無論以何種方式推或拉，它們的性質都大致相同，這就使得其建模和設計更加容易。

相比之下，纖維增強聚合物基復合材料是兩種或以上不同材料的組合而成。種組分為均勻且各向同性的聚合物（塑料、樹脂等）。該聚合物基體將第二種非均勻纖維增強材料結合在一起。復合材料中的均勻成分被稱為基體，而這種不均勻的絲狀纖維被稱為增強體。

由于單根纖維是細長的小圓柱體，它們對復合材料特性的貢獻具有典型“方向性”特征。這種取向的方向性可以使復合材料在纖維方向上具有更高的強度，而在其他方向上其強度卻僅僅與樹脂一樣強。這被稱為“各向異性”材料，或者在大多數情況下稱為“正交異性”材料。

復合材料部件通常由幾層纖維增強樹脂組成，統稱為“層壓板”，其中如果每層復合材料僅包含一個方向的纖維，則又被稱為“薄板”。許多薄板經過精確地堆積制成層壓板，隨后可進一步模制成零件。

在復合材料層壓板中，纖維數量、樹脂含量、纖維方向等因素都很重要，其中纖維數量和樹脂含量通常會使用比率/分數等形式進行描述，如纖維體積分數、質量分數等，在后續的內容中將會針對此內容進行詳細的描述。

• 纖維：也被稱為“增強材料”，如E玻璃纖維、碳纖維或芳綸纖維。

• 樹脂：也稱為“基體”或“聚合物”，可以將纖維粘合在一起的“膠水”。熱固性復合材料通常采用環氧樹脂、聚酯或乙烯基酯，此外還有很多熱塑性基體材料。

• 復合材料：纖維+樹脂，通常全部混合在一起并受壓，所以它是均勻的，并且沒有大量的空氣。

• 薄板：也稱為“層板”，層壓板的一層，通常由只指向一個方向的材料制成。

• 層壓板：由多層的復合材料薄板組成。

密度是指材料每單位體積的質量。在復合材料制造中，質量或重量是描述復合材料結構件的典型方式。只有樹脂（固化前）是以體積來衡量的，通常所說需要1.2升樹脂，但不說有1.5公斤纖維和1.2升樹脂。

質量除以體積可以得到密度，需要知道層壓板每種組分（樹脂、纖維、芯）的密度，從而可以估計其性能。密度常見單位包括克每立方厘米（g/cm^3）、千克/米^3、磅/英尺^3等。

復合材料中常用材料的密度：

• 碳纖維：1.75-2 g/cm^3

• E型玻璃纖維：2.55-2.6 g/cm^3

• S型玻璃纖維：2.45-2.5 g/cm^3

• Kevlar：1.44 g/cm^3

• 聚酯樹脂：1.1-1.5 g/cm^3

• 環氧樹脂：1.2-1.45 g/cm^3

• 聚醚醚酮（PEEK）：1.3 g/cm^3