複合材料

高分子基複合材料(polymer-matrix composite)

最常見的纖維複合材料:用塑膠基材握住玻璃或碳纖維。玻璃纖維船與浴缸(玻璃纖維嵌聚酯,GFRP)、黑色碳纖維自行車架與噴射機部件(碳纖維嵌環氧樹脂,CFRP)都是高分子基複合材料。

基材通常是熱固性(環氧、聚酯、乙烯酯)硬化成剛性網狀,有時也用熱塑性。環氧樹脂(約 3 GPa,約 120 至 180 degrees C 硬化)能良好潤濕纖維並牢固鍵結。GFRP 便宜、韌、耐蝕、又是良好電絕緣體;CFRP 更硬更輕(比剛度更高)但更貴。芳綸(克維拉)纖維則增添抗衝擊與抗磨耗能力。

PMC 之所以稱霸,是因為輕、耐蝕、易模製成複雜形狀、且強度重量比極佳。它的限制也很誠實:高分子基材遇熱會軟化與潛變(通常只能用到約 150 至 250 degrees C)、會吸濕、又難回收,尤其熱固性無法直接重熔。

現代客機機翼蒙皮是 CFRP:碳纖維嵌環氧樹脂,以遠低的重量提供媲美金屬的剛度與強度,降低油耗,但它在高壓釜中硬化,且無法重熔回收。

又輕又強,但高分子基材限制了使用溫度,也讓回收變得困難。

「碳纖維」部件其實是複合材料:碳纖維加高分子基材。你看到的亮黑編織完全靠樹脂黏合,而限制其使用溫度的正是樹脂(與熱)。

又稱
PMCGFRPCFRP聚合物基複合材料