【专业讲堂】复合材料与金属钢、铝的特性对比

复合材料与金属钢特性对比

钢铁在一个国家中占有举足轻重的地位，目前高耸入云的摩天大楼几乎都是钢结构。但是，钢作为世界上最常用的金属之一，正面临着来自复合材料的激烈竞争，复合材料在汽车部件到桥面甲板等应用中正逐渐取代钢材。

钢具有固有的设计局限性、重量大、运输成本高并且易于腐蚀，从而导致较高的维护成本。与钢相比，复合材料具有如下优点：

• 复合材料比钢轻——一立方英尺的铸钢重约490磅。根据材料配方的不同，复合材料的重量可减轻多达70％。

• 复合材料非常坚固——可以通过定制以增加关键区域的强度。对于钢，如果在某一区域需要更高的强度，则必须添加更多的金属，这反过来又增加了重量。

• 复合材料耐腐蚀——在室外应用中，复合材料可承受恶劣的天气和更宽的温度变化。除非涂有锌，否则钢很容易生锈。而且腐蚀是昂贵的，每年的直接成本达到2.2万亿美元。

• 复合材料不导电——本质上，金属（如钢）导电。复合材料是优良的绝缘体：它们对电场没有反应，不会阻止电荷的流动。

• 复合材料可实现零件固结——由复合材料制成的单个零件可以代替金属零件的整个组件，从而简化了生产过程并减少了使用寿命。

复合材料与金属铝特性对比

金属铝作为最轻巧、可延展的金属之一，已在整个现代世界中获得广泛使用，特别是在航空航天应用中。然而，近年来，复合材料已开始取代铝，如波音787的一半由先进的复合材料制成，而飞机的其余部分则主要由铝、钢和钛组成。

通过使用复合材料制造波音787机身的50％，与传统的铝制设计相比，这位航空航天领先者将飞机的重量降低了20％。与铝相比，复合材料还具有其他优势：

• 复合材料在应对张力方面表现出色——在飞机等机身高负荷应用中，这有助于减少疲劳和维护，而铝则对拉力敏感。

• 复合材料可以创建一体式设计——将一件产品（无论是飞机机翼还是防风叶片）制成一个整体件，可以减少维护工作，因为没有任何紧固件或接头。

• 复合材料可实现精确的重量分配——在棒球棍等应用中，这允许平衡负载（有助于轻松，快速地挥杆）或末端负载，从而帮助击球手获得更大的距离，铝合金的重量分配不太精确。

• 复合材料既坚固又柔韧——例如，复合材料滑雪杖通常比标准铝制滑雪杖具有更大的柔韧性和耐用性：它们可以弯曲而不会折断。

• 复合材料吸收振动——由于它们是非弹性的，因此可以消散振动能量，从而使其非常适合从设备安装架到运动鞋鞋垫的各种应用，而铝不吸收振动。