本篇由材料數據庫 Matmatch 的客座作者 Emily Newton 介紹了復合材料這種具有良好前景的材料當前的一些優勢與研究狀況。

提高可持續性

眾所周知，當前全球都在關注氣候變化和過度的廢物生產等緊迫問題。人們越來越關注開發可持續材料，以取代那些可能會被頻繁丟棄的材料。許多生態友好型復合材料可以滿足這一需求。

碳纖維復合材料是替代傳統金屬的頗受歡迎的替代品，用于從飛機零件到高爾夫球桿的所有物品。然而，它們中的大多數一旦損壞幾乎不可能修復或回收。

華盛頓大學的研究人員取得的一項新進展可以克服這一缺點。該團隊創造了一種新材料，其重量和強度與傳統的碳纖維復合材料一樣，但如果它出現裂縫，則易于修復。人們可以通過傳統方式或基于射頻的加熱方式反復修復損傷。

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

復合材料的一個優點是它們可以超越其原有性能，比如經過耐熱處理的再生木材，就比未處理的性能優異很多。

提高基礎工藝

復合材料研究人員與使用人員經常研究如何幫助用戶改進他們的工藝。例如，復合材料螺釘是組裝裝飾板的常見選擇，因為它們通常比傳統的木質螺釘更密集。它們還具有更細的螺紋和相對較小的頭部，使它們更容易打入裝飾板。

改進螺絲可以節省勞動力成本，增加獲得良好效果的機會，這只是一個例子。加強現有工藝的方法幾乎可以在任何階段變得明顯，從設計產品到通過質量檢查。

許多正在進行的與復合材料有關的工作涉及未來的應用及工藝方法，如應用機器人技術。例如，勞斯萊斯公司有一個新的專門設施來開發新的復合材料。其中一個方法是使用機器人來幫助制造噴氣發動機中使用的復合材料風扇葉片。

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督下以完全自動化的方式進行的。機器人在裝配線工位之間提升和移動部件，確保平穩、高效的操作。

現有研究人員已經開發出一種復合材料層壓板，它可以根據變形情況改變顏色。

他們認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，人們只在實驗室里使用過這種材料。然而，如果它像開發者希望的那樣運作良好，這項創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部缺陷的復合材料，并最大限度地減少未來的召回。該團隊還報告說，他們的新材料由多層組成，具有抗斷裂性和輕質性。由于這些是復合材料最理想的特性之一，這項發明可能具有廣泛的應用和吸引力。

進一步基于材料的改進

復合材料的另一個優點是，它使工程師和科學家能夠開發新的選擇，以滿足傳統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產品。復合材料往往為人們指明了前進的方向。

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。研究人員最近創造了一種新的復合材料，屬于這個類別。他們認為他們的創新可能是醫療產品的理想選擇，如繃帶和口罩。

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

其他研究也關注了改變智能手機屏幕上的材料。一個國際研究小組的項目開發了一種玻璃復合材料，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，其工作原理類似于微型太陽能電池板，因為它們能捕捉和儲存能量。其基本方法是將納米晶體包裹在多孔玻璃中。

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

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

本文由中國復合材料工業協會編譯，文章不用于商業目的，僅供行業人士交流。轉載請注明來自中國復合材料工業協會。