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聚合物複合材料的魅力：為什麼PMCs在現代工程中如此受歡迎？
在當今材料科學領域，聚合物基複合材料（PMCs）因其卓越的性能而受到廣泛關注。這些複合材料由各種短纖維或長纖維組成，並由有機聚合物基體束縛在一起，旨在有效地將負載在纖維間轉移。隨著現代工程需求的增加，PMCs越來越多地用於航空航天、運輸和建築等各個行業，受到了越來越多的青睞。
PMCs擁有重量輕、高耐磨、高抗腐蝕性以及高剛性和強度這些顯著優勢。
基體材料的功能
在PMCs中，基體的功能是將纖維粘合在一起並在它們之間轉移負荷。PMCs的基體材料通常是熱固性樹脂或熱塑性樹脂。目前使用最廣泛的則是熱固性樹脂，這類材料需要添加固化劑或硬化劑，並在加壓下滲透到強化材料中，最後經過固化步驟形成完成部件。
熱固性樹脂
熱固性樹脂在複合材料行業中佔主導地位，包含多種樹脂系統，如環氧樹脂、酚醛樹脂、聚氨酯和聚酰醯胺等。其中，環氧樹脂已在美國工業界使用超過四十年，其性能穩定且廣泛應用於各種高性能複合材料中。
環氧樹脂合成的樹脂產品，可根據所需特性調整並擴展黏合模型，致力於提高整體性能。
熱塑性樹脂的優勢
與熱固性樹脂不同，熱塑性樹脂相對應用較少，但具有可重塑的優點。這類材料通常以非反應性的固體形式供應，處理過程中只需加熱和施加壓力即可形成所需形狀。這使得熱塑性樹脂在某些應用中具備了更大的靈活性和效率。
纖維的使用
纖維增強的PMCs通常含有約60%的強化纖維，以其卓越的機械性能著稱，通常使用的纖維有玻璃纖維、碳纖維和芳綸纖維等。玻璃纖維因為其成本低、製造方便而被廣泛使用，雖然其剛度相對較低，但其抗拉強度仍然具有競爭力。
納米材料的強化作用
除了傳統的纖維材料，納米材料增強的PMCs近年來也獲得了廣泛關注，碳納米管便是其中最具代表性的例子。碳納米管在體積加載低於2%的情況下仍能顯著改善機械性能，這使得它們在高性能材料中的應用愈加普遍。
碳納米管具有極高的抗拉強度和剛度，依賴於其原子間的強共價鍵。
界面結合的挑戰與解決方案
要充分利用碳納米管的機械性能，必須確保納米管與基體的負載傳遞非常良好。這需要對碳納米管表面進行功能化，以能更好地與基體結合。該過程可以分為非共價修飾和共價修飾兩種策略。
未來的發展趨勢
隨著技術的不斷進步，PMCs的未來將更加光明。3D graphene聚合物複合材料的開發顯示出良好的機械性能，有可能改變製造業的格局。納米材料的持續研究也將揭示更強性能的潛力。
當我們探索PMCs的應用能為未來的工程解決方案帶來何種變革時，您是否已經想到您的行業中可能受益於它們的方式？
