有機無機混成材料概述
授課教師:楊偉達
任職單位:工研院 材化所
6000年前人類就已經會用稻草加粘土作為建築複合材料,現在我們使用水泥複合材料已廣泛地應用於高樓大廈和河堤大壩等的建築。
複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的材料組合成的一種新型(固體)材料,其性質不僅受成分材料決定,亦受不同結構元素之幾何設計而影響其性能。積層複合物和三明治盤是兩種最常見的結構複合材料。
積層複合物
積層複合物具從優的高強度方向是由二維薄層或盤所組成的,例如木頭及連續排列的纖維所製成的增強塑膠複合物。一個積層複合物在二維平面上會有相當高的強度;然而,在任意方向的強度會稍低於所有纖維取向於同一方向上的強度。
複合材料是由兩種或兩種以上物理和化學性質不同的材料組合成的一種新型(固體)材料,其性質不僅受成分材料決定,亦受不同結構元素之幾何設計而影響其性能。積層複合物和三明治盤是兩種最常見的結構複合材料。
積層複合物
積層複合物具從優的高強度方向是由二維薄層或盤所組成的,例如木頭及連續排列的纖維所製成的增強塑膠複合物。一個積層複合物在二維平面上會有相當高的強度;然而,在任意方向的強度會稍低於所有纖維取向於同一方向上的強度。
三明治盤
三明治盤是由兩個強的外層所組合,並以具較低剛性及較低強度的低密度材料內層而製成。表面承受大部份的平面負荷及橫向彎曲應力。核心有兩種功用,包括分離表面並抵抗垂直於表面的變形,以及提供沿著垂直表面剪力剛性。典型的表面材料包括鋁合金、纖維增強塑膠、鈦合金和鋼等核心材料則包括發泡高分子、合成橡膠、無機黏結劑及輕質木材等。
基材(matrix)在纖維複合材料中的主要功能是傳送應力,保護並固定纖維,使其避免直接的模擦及侵蝕。通常基材的選擇關係到複合材料將使用的溫度、所需的電氣特性、及使用環境侵蝕作用的大小等因素。常用的高分子基材依其化學特性可分為熱塑性塑膠(thermoplastic)及熱固性塑(thermoset)兩大類。
熱固性樹脂基材 –環氧樹脂、酚醛樹脂、環氧酚醛複合材料、不飽和聚酯、雙馬來醯亞胺基樹脂、脲醛基樹脂、聚氨酯基樹脂、熱固型聚醯亞胺基複合材料,三聚氰胺基樹脂
三明治盤是由兩個強的外層所組合,並以具較低剛性及較低強度的低密度材料內層而製成。表面承受大部份的平面負荷及橫向彎曲應力。核心有兩種功用,包括分離表面並抵抗垂直於表面的變形,以及提供沿著垂直表面剪力剛性。典型的表面材料包括鋁合金、纖維增強塑膠、鈦合金和鋼等核心材料則包括發泡高分子、合成橡膠、無機黏結劑及輕質木材等。
基材(matrix)在纖維複合材料中的主要功能是傳送應力,保護並固定纖維,使其避免直接的模擦及侵蝕。通常基材的選擇關係到複合材料將使用的溫度、所需的電氣特性、及使用環境侵蝕作用的大小等因素。常用的高分子基材依其化學特性可分為熱塑性塑膠(thermoplastic)及熱固性塑(thermoset)兩大類。
熱固性樹脂基材 –環氧樹脂、酚醛樹脂、環氧酚醛複合材料、不飽和聚酯、雙馬來醯亞胺基樹脂、脲醛基樹脂、聚氨酯基樹脂、熱固型聚醯亞胺基複合材料,三聚氰胺基樹脂
熱塑性樹脂基材 PP、PE、PC、PS、PMMA、ABS
•金屬基材 –鋁及鋁合金、鈦及鈦合金、銅及銅合金、鎂及鎂合金、其他金屬及其合金