複合材料

纖維強化複合材料(fiber-reinforced composite)

高性能主力:把細而極強的纖維(玻璃、碳、芳綸)嵌在基材中。因為纖維在其長度方向很強,把許多纖維對齊排列,就能讓輕巧的部件在纖維方向承擔巨大載重,就像一束吸管黏在一起,抗彎遠勝黏膠本身。

有三個關鍵:纖維材料(決定剛度與強度上限)、體積分率(纖維佔多少,越多越硬,實務上可達約 60 至 70%)、以及纖維長度與取向。連續對齊纖維在纖維軸向給出最大增益;短纖維或隨機取向增益較小但較均勻。載重依混合律分擔。

纖維複合材料的比剛度與比強度(單位重量下的剛度與強度)極為出色,這正是飛機、風力發電機葉片與賽車採用它的原因。誠實的代價是:它強烈各向異性,沿纖維強,橫向與剪切都弱,所以部件必須依載重設計與鋪層,層間脫層是真實的破壞模式。

一支數十公尺長的風力發電機葉片,主要是沿其長度走向的玻璃或碳纖維嵌在高分子基材中,因此抗彎既硬又強,卻輕到能轉動。

優異的比強度與比剛度,但只在纖維方向。

纖維複合材料只在纖維方向強;橫向受載時,它甚至可能比纖維-基材鍵結所能承受的還弱。談「強」總得先問「哪個方向?」。

又稱
FRPfibre-reinforced composite纖維複合材料