你有没有想过,我们生活中随处可见的材料,其实可以分为好几种?比如,你家里的塑料瓶、汽车里的钢铁、还有那些高科技的碳纤维飞机部件,它们都属于不同的材料类别。今天,我们就来聊聊复合材料和合成材料,看看它们到底有哪些区别和联系。
复合材料,听起来就很高科技,其实它就在我们身边。想象你家里的塑钢窗,外面用塑料,里面用金属,这样既美观又结实。这就是复合材料的典型应用。再比如,液体火箭的工作段筒体,内部存储有毒、腐蚀的化学燃料,外部却用钢来保护,因为钢强度大,成本低。这两种材料紧紧贴合在一起,综合性能最优。
复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。这些材料通过物理或化学的方法结合在一起,互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料。
复合材料按其组成分为金属与金属复合材料、非金属与金属复合材料、非金属与非金属复合材料。按其结构特点又分为:纤维复合材料、夹层复合材料、细粒复合材料和混杂复合材料。纤维复合材料是将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成,如纤维增强塑料、纤维增强金属等。夹层复合材料由性质不同的表面材料和芯材组合而成,通常面材强度高、薄;芯材质轻、强度低,但具有一定刚度和厚度。细粒复合材料将硬质细粒均匀分布于基体中,如弥散强化合金、金属陶瓷等。混杂复合材料由两种或两种以上增强相材料混杂于一种基体相材料中构成,与普通单增强相复合材料比,其冲击强度、疲劳强度和断裂韧性显著提高,并具有特殊的热膨胀性能。
合成材料,又称人造材料,是人为地把不同物质经化学方法或聚合作用加工而成的材料。它的特质与原料完全不同,比如塑料、玻璃、钢铁等。合成材料泛指需要通过人工手段制造,自然界没有天然存在的材料。典型的产品有塑料、合成化学品、树脂等。
以塑料为例,乙烯是一种气体,某些植物果实成熟时,会分泌乙烯。超市卖的橡胶,上市前也是人工用乙烯催熟的。用人工手段使乙烯发生聚合反应,生成的聚乙烯就变成我们最常用的塑料。添加氯气获得氯乙烯,在聚合成聚氯乙烯,简称PVC,广泛用于生活制品、电缆等方面。可见,合成材料是经过化学变化,产生与原来完全不同的新物质(化合物)。
三大合成材料是指:塑料、合成纤维、合成橡胶。塑料是由合成树脂制成的,有两种类型的结构,即链状结构和网状结构,具有链状结构的塑料有热塑性,具有网状结构有塑料有热固性。合成纤维和合成橡胶也是通过人工合成的方法制得的,它们在性能上各有优势,广泛应用于各个领域。
复合材料和合成材料虽然都是人造材料,但它们在制作方法和性能上有着明显的区别。复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观(微观)上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。
合成材料则是通过化学方法或聚合作用加工而成的材料,其特质与原料完全不同。比如,塑料是由乙烯聚合而成的,其性能与乙烯完全不同。复合材料没有经过化学变化,没有产生新的物质,而合成材料是经过化学变化,产生与原来完全不同的新物质(化合物)。
虽然复合材料和合成材料在制作方法和性能上有着明显的区别,但它们之间也有着密切的联系。复合材料中常用的基体材料,如合成树脂,就是一种合成材料。此外,复合材料中的增强材料,如玻璃纤维、碳纤维等,也是通过人工合成的方法制得的。
在现实生活中,复合材料和合成材料的应用非常广泛。比如,汽车里的钢铁车身,就是一种合成材料;而汽车里的碳纤维部件,就是一种复合材料。这两种材料结合在一起,使汽车既轻便又结实。
不锈钢属于钢铁材料,而且是属于高合金钢,主要用于要求耐腐蚀、承受载荷的场合。它不属于合成材料,合成材料一般是指有机材料,如塑料;合成材料是通过化学反应制取的。但不锈钢有复合材料。因为不锈钢价格很高,为了降低成本,当不锈钢板厚度较大时,就有一种复合钢板,