人類在遠(yuǎn)古時(shí)代就從實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，可以根據(jù)用途需要，組合兩種或多種材料，利用性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，制成原始的復(fù)合材料。所以，復(fù)合材料既是一種新型材料，也是一種古老的材料。復(fù)合材料的發(fā)展歷史，可以從用途、構(gòu)成、功能，以及設(shè)計(jì)思想和發(fā)展研究等，大體上分為古代復(fù)合材料和現(xiàn)代復(fù)合材料兩個(gè)階段。

一、什么是復(fù)合材料

復(fù)合材料(Composite materials)，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料，通過(guò)物理或化學(xué)的方法，在宏觀上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

復(fù)合材料是一種混合物。在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，代替了很多傳統(tǒng)的材料。（如：混凝土的抗拉強(qiáng)度較低，通常只有抗壓強(qiáng)度的十分之一左右，任何顯著的拉彎作用都會(huì)使其微觀晶格結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和分離從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)的破壞。而絕大多數(shù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件內(nèi)部都有受拉應(yīng)力作用的需求，故未加鋼筋的混凝土極少被單獨(dú)使用于工程。  鋼筋砼相較混凝土而言，鋼筋抗拉強(qiáng)度非常高，一般在200MPa以上，故通常人們?cè)诨炷林屑尤脘摻畹燃觿挪牧吓c之共同工作，由鋼筋承擔(dān)其中的拉力，混凝土承擔(dān)壓應(yīng)力部分。） 

二、復(fù)合材料的分類

1、復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。

①金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。

②非金屬基體主要有合成樹(shù)脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。

2、復(fù)合材料按其組成分為金屬與金屬?gòu)?fù)合材料、非金屬與金屬?gòu)?fù)合材料、非金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料。

3、復(fù)合材料按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為：

①纖維復(fù)合材料。將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。

②夾層復(fù)合材料。由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強(qiáng)度高、??；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但具有一定剛度和厚度。分為實(shí)心夾層和蜂窩夾層兩種。

③細(xì)粒復(fù)合材料。將硬質(zhì)細(xì)粒均勻分布于基體中，如彌散強(qiáng)化合金、金屬陶瓷等。

④混雜復(fù)合材料。由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成。與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，其沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內(nèi)／層間混雜和超混雜復(fù)合材料。

4、復(fù)合材料主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。

①結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，基本上由能承受載荷的增強(qiáng)體組元與能連接增強(qiáng)體成為整體材料同時(shí)又起傳遞力作用的基體組元構(gòu)成。增強(qiáng)體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬以及天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等，基體則有高聚物(樹(shù)脂)、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增強(qiáng)體和不同基體即可組成名目繁多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并以所用的基體來(lái)命名，如高聚物(樹(shù)脂)基復(fù)合材料等。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點(diǎn)是可根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行組元選材設(shè)計(jì)，更重要是還可進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即增強(qiáng)體排布設(shè)計(jì)，能合理地滿足需要并節(jié)約用材。

②功能復(fù)合材料一般由功能體組元和基體組元組成，基體不僅起到構(gòu)成整體的作用，而且能產(chǎn)生協(xié)同或加強(qiáng)功能的作用。功能復(fù)合材料是指除機(jī)械性能以外而提供其他物理性能的復(fù)合材料。如梯度復(fù)合材料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料)、機(jī)敏復(fù)合材料（具有感覺(jué)、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料）、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等。

5、復(fù)合材料也可分為常用和先進(jìn)兩類。

①常用復(fù)合材料如玻璃鋼，便是用玻璃纖維等性能較低的增強(qiáng)體與普通高聚物(樹(shù)脂)構(gòu)成。由于它的價(jià)格低廉，得以大量發(fā)展，已廣泛用于船舶、車輛、化工管道和貯罐、建筑結(jié)構(gòu)、體育用品等方面。

②為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度大于4×106厘米（cm），比模量大于4×108cm。為了與第一代玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進(jìn)復(fù)合材料。它們的性能雖然優(yōu)良，但價(jià)格相對(duì)較高，主要用于國(guó)防工業(yè)、航空航天、精密機(jī)械、深潛器、機(jī)器人結(jié)構(gòu)件和高檔體育用品等。

按基體材料不同，先進(jìn)復(fù)合材料分為樹(shù)脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達(dá)250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。

三、復(fù)合材料的發(fā)展歷史

復(fù)合材料是由不同元素組成的結(jié)構(gòu)，結(jié)果是形成了一加一等于三。對(duì)于復(fù)合材料的理解，貌似昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)和蝙蝠等動(dòng)物比我們要理解的更透徹一些，它們將這個(gè)原理應(yīng)用到筑窩的過(guò)程中，以防天敵的攻擊。原始人用動(dòng)物糞便、粘土、稻草和樹(shù)枝組成復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，這是人類將復(fù)合材料應(yīng)用到生活中具有歷史意義的一步。甚至據(jù)人們傳說(shuō)，圣經(jīng)中的諾亞方舟也是由煤瀝青和稻草混合制成的，這也許真的是被報(bào)道出的復(fù)合材料船舶的鼻祖，當(dāng)然這也僅是傳說(shuō)。

復(fù)合材料發(fā)展史摘要

1847年瑞典化學(xué)家Berzelius，這位現(xiàn)代化學(xué)的奠基人之一，首次在實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了飽和聚酯。

1894年Vorlander在實(shí)驗(yàn)室著手對(duì)乙二醇馬來(lái)酸的研究工作，成為記錄在案最早的一位研究不飽和聚酯樹(shù)脂的化學(xué)家。

1920年先鋒人物Wallace Carothers開(kāi)始對(duì)乙二醇與不飽和脂肪酸合成的聚酯的研究工作。

1922年首個(gè)聚酯樹(shù)脂被研發(fā)成功。

1930年末研究人員Bradley， Kropa 和Johnson三人共同研究不飽和聚酯的固化情況，在報(bào)告中提高，固化后，它們可以分為可熔性和不可溶性（熱固性）。

1935年歐文斯科寧（Owens Corning）首次引入玻璃纖維。

1941年不飽和聚酯首次投入美國(guó)的壓鑄商業(yè)市場(chǎng)。

1942年美國(guó)橡膠公司開(kāi)發(fā)出玻璃纖維增強(qiáng)聚酯樹(shù)脂作為基體的復(fù)合材料。

1946年船艇制造商開(kāi)始意識(shí)到纖維增強(qiáng)復(fù)合材料為整個(gè)工業(yè)帶來(lái)了何種變革，在這年中首個(gè)復(fù)合材料船身的游艇在美國(guó)建成，還首次引入了冷固化系統(tǒng)。

1950年早期閉模工藝開(kāi)發(fā)完成。

1951年中期不飽和聚酯樹(shù)脂在歐洲投入商業(yè)化生產(chǎn)。

1963年碳纖維增強(qiáng)材料引入市場(chǎng)。

到了19世紀(jì)，隨著科學(xué)技術(shù)在物理化學(xué)領(lǐng)域的應(yīng)用，自然界中的天然聚合物的性能已經(jīng)不能滿足工業(yè)發(fā)展對(duì)材料性能的需要，這使當(dāng)時(shí)的新型材料－早期的復(fù)合材料得到飛速的發(fā)展。

之后經(jīng)過(guò)了幾千年，第二次復(fù)合材料在工業(yè)應(yīng)用的浪潮在1830年席卷西歐，工業(yè)領(lǐng)域中的先鋒人物在發(fā)現(xiàn)了復(fù)合材料這種新興材料之后，爭(zhēng)相投入對(duì)它了研發(fā)工作，包括：木質(zhì)層壓板、合金和鋼筋增強(qiáng)混凝土。在17世紀(jì)，英國(guó)人John Osborne通過(guò)天然聚合物牛羊角制備了模塑制品。到19世紀(jì)，模塑牛羊角工業(yè)開(kāi)始繁榮壯大，其大多數(shù)制品都賣給了當(dāng)時(shí)的中產(chǎn)階級(jí)。

碳纖維在特斯拉Roadster電動(dòng)汽車上占有很大比重。

隨著天然聚合物的不斷發(fā)展，人們開(kāi)采了由熱帶橡樹(shù)產(chǎn)生的樹(shù)膠，尤其是在1847年Bewley發(fā)明了塑料擠出機(jī)，可以用樹(shù)膠制備橡膠和古塔橡膠，在1850年開(kāi)始采用這種古塔橡膠來(lái)保護(hù)隔離水線電報(bào)電纜。

談到復(fù)合材料，就不能不說(shuō)起英國(guó)。在復(fù)合材料工業(yè)發(fā)展過(guò)程當(dāng)中，很多重要事件都與英國(guó)密切相關(guān)。

漢考克托馬斯和他的兄弟查爾斯對(duì)橡膠進(jìn)行廣泛的研究，終于在1839年發(fā)明了硫化橡膠，他們也因這一發(fā)明而聞名于世。同時(shí)美國(guó)的古德意爾也獨(dú)立地發(fā)明了硫化橡膠。這一發(fā)明是第一次成功地對(duì)天然聚合物的化學(xué)修飾而產(chǎn)生的模塑材料。

空客公司在飛機(jī)上大幅使用復(fù)合材料

在1850s年代，在美國(guó)已經(jīng)開(kāi)始采用蟲(chóng)膠和木粉混合來(lái)展示照片，這就是最早期的照片。直到1940s年代蟲(chóng)膠的合成物才被用來(lái)制備唱片。

最早的聚合物鑄件是由法國(guó)Lepage發(fā)明。他采用胚乳和木粉生產(chǎn)了裝飾用的Bois Durci 飾板， 還可以和木粉一起混合使用的組分包括海草、泥煤、紙和皮革制品。在1855年英國(guó)發(fā)布的有近似10%的專利為模塑材料，但是在這些專利中最大的突破是采用硝酸處理地纖維素纖維制備的半合成的塑料材料－硝酸纖維素。

人類在遠(yuǎn)古時(shí)代就從實(shí)踐中認(rèn)識(shí)到，可以根據(jù)用途需要，組合兩種或多種材料，利用性能優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)，制成原始的復(fù)合材料。所以，復(fù)合材料既是一種新型材料，也是一種古老的材料。復(fù)合材料的發(fā)展歷史，可以從用途、構(gòu)成、功能，以及設(shè)計(jì)思想和發(fā)展研究等，大體上分為古代復(fù)合材料和現(xiàn)代復(fù)合材料兩個(gè)階段。古代復(fù)合材料在西安東郊半坡村仰韶文化遺址，發(fā)現(xiàn)早在公元前2000年以前，古代人已經(jīng)用草莖增強(qiáng) 土坯作住房墻體材料。

在金屬基復(fù)合材料方面，中國(guó)也有高超的技藝。如越王劍，是金屬包層復(fù)合材料制品，不僅光亮鋒利，而且韌性和耐蝕性優(yōu)異，埋藏在潮濕環(huán)境中幾千年，出土后依然寒光奪目，鋒利無(wú)比。

5000年以前，中東地區(qū)用蘆葦增強(qiáng)瀝青造船。古埃及墓葬出土，發(fā)現(xiàn)有用名貴紫檀木在普通木材上裝飾 貼面的棺撐家具。古埃及修建金字塔，用石灰、火山灰 等作粘合劑，混和砂石等作砌料，這是最早最原始的顆粒增強(qiáng)復(fù)合材料。但是，上述輝煌的歷史遺產(chǎn)，只是人類在與自然界 的斗爭(zhēng)實(shí)踐中不斷改進(jìn)而取得的，同時(shí)都是取材于天然材料，對(duì)復(fù)合材料還是處于不自覺(jué)的感性認(rèn)識(shí)階段。

現(xiàn)代復(fù)合材料20世紀(jì)40年代，玻璃纖維和合成樹(shù)脂大量商品化生產(chǎn)以后，纖維復(fù)合材料發(fā)展成為具有工程意義的材料，同時(shí)相應(yīng)地開(kāi)展了與之有關(guān)的研究設(shè)計(jì)工作。這可以認(rèn)為是現(xiàn)代復(fù)合材料的開(kāi)始，也是對(duì)復(fù)合材料進(jìn)入理性認(rèn)識(shí)階段。早期發(fā)展出的現(xiàn)代復(fù)合材料，由于性能相對(duì)較低，生產(chǎn)量大，使用面廣，被稱之為常用復(fù)合材料。后來(lái)隨著高技術(shù)發(fā)展的需要，在此基 礎(chǔ)上又發(fā)展出性能高的先進(jìn)復(fù)合材料。

常用樹(shù)脂基復(fù)合材料第一次世界大戰(zhàn)前，用膠粘劑將云母片熱壓制成人造云母板。20世紀(jì)初市場(chǎng)上有蟲(chóng)膠漆片與紙復(fù)合制成的層壓板出售。但真正的纖維增強(qiáng)塑料工業(yè)，是在用合成樹(shù)脂代替天然樹(shù)脂、用人造纖維代替天然纖維以后才發(fā)展起來(lái)的。