本篇由材料數(shù)據(jù)庫 Matmatch 的客座作者 Emily Newton 介紹了復(fù)合材料這種具有良好前景的材料當(dāng)前的一些優(yōu)勢與研究狀況。

提高可持續(xù)性

眾所周知，當(dāng)前全球都在關(guān)注氣候變化和過度的廢物生產(chǎn)等緊迫問題。人們越來越關(guān)注開發(fā)可持續(xù)材料，以取代那些可能會被頻繁丟棄的材料。許多生態(tài)友好型復(fù)合材料可以滿足這一需求。

碳纖維復(fù)合材料是替代傳統(tǒng)金屬的頗受歡迎的替代品，用于從飛機(jī)零件到高爾夫球桿的所有物品。然而，它們中的大多數(shù)一旦損壞幾乎不可能修復(fù)或回收。

華盛頓大學(xué)的研究人員取得的一項新進(jìn)展可以克服這一缺點(diǎn)。該團(tuán)隊創(chuàng)造了一種新材料，其重量和強(qiáng)度與傳統(tǒng)的碳纖維復(fù)合材料一樣，但如果它出現(xiàn)裂縫，則易于修復(fù)。人們可以通過傳統(tǒng)方式或基于射頻的加熱方式反復(fù)修復(fù)損傷。

這種材料屬于一個相對較新的類別，稱為碳纖維強(qiáng)化玻璃纖維（vCFRP）。與其他碳纖維復(fù)合材料不同的是，這種材料可以在不破壞強(qiáng)度或硬度的情況下進(jìn)行連接、斷開和重新連接。

復(fù)合材料的一個優(yōu)點(diǎn)是它們可以超越其原有性能，比如經(jīng)過耐熱處理的再生木材，就比未處理的性能優(yōu)異很多。

提高基礎(chǔ)工藝

復(fù)合材料研究人員與使用人員經(jīng)常研究如何幫助用戶改進(jìn)他們的工藝。例如，復(fù)合材料螺釘是組裝裝飾板的常見選擇，因?yàn)樗鼈兺ǔ１葌鹘y(tǒng)的木質(zhì)螺釘更密集。它們還具有更細(xì)的螺紋和相對較小的頭部，使它們更容易打入裝飾板。

改進(jìn)螺絲可以節(jié)省勞動力成本，增加獲得良好效果的機(jī)會，這只是一個例子。加強(qiáng)現(xiàn)有工藝的方法幾乎可以在任何階段變得明顯，從設(shè)計產(chǎn)品到通過質(zhì)量檢查。

許多正在進(jìn)行的與復(fù)合材料有關(guān)的工作涉及未來的應(yīng)用及工藝方法，如應(yīng)用機(jī)器人技術(shù)。例如，勞斯萊斯公司有一個新的專門設(shè)施來開發(fā)新的復(fù)合材料。其中一個方法是使用機(jī)器人來幫助制造噴氣發(fā)動機(jī)中使用的復(fù)合材料風(fēng)扇葉片。

每個部件都有大約500層碳纖維材料，每層都是在工廠工人的監(jiān)督下以完全自動化的方式進(jìn)行的。機(jī)器人在裝配線工位之間提升和移動部件，確保平穩(wěn)、高效的操作。

現(xiàn)有研究人員已經(jīng)開發(fā)出一種復(fù)合材料層壓板，它可以根據(jù)變形情況改變顏色。

他們認(rèn)為這將允許在早期階段檢測問題，并提醒人們注意可能的材料故障。到目前為止，人們只在實(shí)驗(yàn)室里使用過這種材料。然而，如果它像開發(fā)者希望的那樣運(yùn)作良好，這項創(chuàng)新可以在許多方面改善工藝流程。

例如，它可以防止工人制造有內(nèi)部缺陷的復(fù)合材料，并最大限度地減少未來的召回。該團(tuán)隊還報告說，他們的新材料由多層組成，具有抗斷裂性和輕質(zhì)性。由于這些是復(fù)合材料最理想的特性之一，這項發(fā)明可能具有廣泛的應(yīng)用和吸引力。

進(jìn)一步基于材料的改進(jìn)

復(fù)合材料的另一個優(yōu)點(diǎn)是，它使工程師和科學(xué)家能夠開發(fā)新的選擇，以滿足傳統(tǒng)選擇所不能解決的需求。人們總是在尋找可行的方法來改進(jìn)產(chǎn)品。復(fù)合材料往往為人們指明了前進(jìn)的方向。

非織造織物是指那些由不需要針織或編織的粘合纖維制成的織物。研究人員最近創(chuàng)造了一種新的復(fù)合材料，屬于這個類別。他們認(rèn)為他們的創(chuàng)新可能是醫(yī)療產(chǎn)品的理想選擇，如繃帶和口罩。

測試表明，這種新的織物比傳統(tǒng)面料更具吸水性。它在拉伸恢復(fù)測試中也表現(xiàn)良好，表明這種材料在重復(fù)使用時能保持良好的效果。

其他研究也關(guān)注了改變智能手機(jī)屏幕上的材料。一個國際研究小組的項目開發(fā)了一種玻璃復(fù)合材料，可以最大限度地減少屏幕破損，并提供更明亮的顯示。這些材料以鹵化鉛過氧化物為基礎(chǔ)，其工作原理類似于微型太陽能電池板，因?yàn)樗鼈兡懿蹲胶蛢Υ婺芰俊Ｆ浠痉椒ㄊ菍⒓{米晶體包裹在多孔玻璃中。

這種方法應(yīng)該能改善目前用于設(shè)備屏幕的納米晶體技術(shù)。從事這個項目的小組提醒說，雖然他們相信他們的技術(shù)是可擴(kuò)展的，但仍有很多工作要做。他們需要找出最好的方法來創(chuàng)造具有所需特性的材料。

這些只是復(fù)合材料的眾多優(yōu)勢中的一部分，它們讓人們對未來的發(fā)展感到興奮。傳統(tǒng)材料在眾多情況下仍有一席之地，但這些例子顯示了與復(fù)合材料合作以產(chǎn)生特定結(jié)果的好處。通過使用像Matmatch這樣的材料數(shù)據(jù)庫，材料工程師可以搜索和展望可以替代傳統(tǒng)材料的不同復(fù)合材料。

本文由中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會編譯，文章不用于商業(yè)目的，僅供行業(yè)人士交流。轉(zhuǎn)載請注明來自中國復(fù)合材料工業(yè)協(xié)會。