复合材料的历史

当两种或两种以上不同的材料组合在一起时,结果就是复合材料。复合材料的首次使用可追溯到公元前1500年,当时早期的埃及人和美索不达米亚定居者使用泥土和稻草的混合物建造坚固耐用的建筑。稻草继续为陶器和船只等古代复合产品提供加固。...

当两种或两种以上不同的材料组合在一起时,结果就是复合材料。复合材料的首次使用可追溯到公元前1500年,当时早期的埃及人和美索不达米亚定居者使用泥土和稻草的混合物建造坚固耐用的建筑。稻草继续为陶器和船只等古代复合产品提供加固。

Nordex Wind Turbine Factory Nordex Wind Turbine Factory

后来,在公元1200年,蒙古人发明了第一个复合弓。使用木材、骨头和“动物胶”的组合,用桦树皮压制和包裹弓。这些弓有力而准确。复合蒙古弓有助于确保成吉思汗的军事统治地位。

“塑料时代”的诞生

复合材料的现代时代始于科学家开发塑料。在此之前,从植物和动物中提取的天然树脂是胶水和粘合剂的唯一来源。20世纪初,乙烯基、聚苯乙烯、酚醛和聚酯等塑料被开发出来。这些新合成材料的性能优于天然树脂。

然而,塑料本身不能为某些结构应用提供足够的强度。需要加固以提供额外的强度和刚度。

1935年,欧文斯·科宁(Owens Corning)引进了第一种玻璃纤维——玻璃纤维。玻璃纤维与塑料聚合物相结合,形成了一种难以置信的坚固结构,而且重量轻。这是纤维增强聚合物(FRP)行业的开端。

二战——推动早期复合材料创新

复合材料的许多重大进步都是战时需求的结果。正如蒙古人开发复合材料弓一样,第二次世界大战将玻璃钢工业从实验室带入了实际生产。

军用飞机的轻量化应用需要替代材料。工程师们很快意识到复合材料除了重量轻、强度大之外还有其他好处。例如,人们发现玻璃纤维复合材料对无线电频率是透明的,这种材料很快就被用于屏蔽电子雷达设备(雷达罩)。

使复合材料适应“太空时代”到“每天”

到二战结束时,一个小型的利基复合材料产业正如火如荼地发展。随着军品需求的下降,少数复合材料创新者现在雄心勃勃地试图将复合材料引入其他市场。船只显然是受益的产品之一。1946年引进了第一艘复合材料商用船壳。

此时,布兰特·戈德斯沃西(Brandt Goldsworthy)经常被称为“复合材料的祖父”,他开发了许多新的制造工艺和产品,包括第一块玻璃纤维冲浪板,它彻底改变了这项运动。

Goldsworthy还发明了一种被称为拉挤的制造工艺,这种工艺允许可靠的强力玻璃纤维增强产品。如今,利用这一工艺制造的产品包括梯子栏杆、工具手柄、管道、箭轴、装甲、列车地板和医疗设备。

复合材料的持续发展

20世纪70年代,复合材料行业开始成熟。开发了更好的塑料树脂和改进的增强纤维。杜邦公司开发了一种芳纶纤维,称为Kevlar,由于其高抗拉强度、高密度和轻质,已成为防弹衣的首选产品。碳纤维也是在这个时候发展起来的;它越来越多地取代了以前由钢制成的部件。

复合材料行业仍在发展,大部分增长现在集中在可再生能源上。尤其是风力涡轮机叶片,不断突破尺寸限制,需要先进的复合材料。

期待

复合材料研究仍在继续。特别令人感兴趣的领域是纳米材料——分子结构非常小的材料——和生物聚合物。

  • 发表于 2021-10-13 10:53
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  • 分类:数学

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禾暄美
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