各項異性材料

各項異性材料在不同的方向，其物理、化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出不同特征的材料01簡介舉例成因應(yīng)用前景目錄030204基本信息常稱“各向異性材料”。如果材料在各個方向上全部或部分物理、化學(xué)等性質(zhì)隨方向的不同而各自表現(xiàn)出一定的差異的特性，即在不同的方向所測得的性能數(shù)值不同，我們就說這種材料為各向異性材料。常見的各向異性材料有竹子、碳纖維復(fù)合材料、玻璃纖維復(fù)合材料等。簡介簡介各向異性材料，是指在不同的方向，其物理、化學(xué)性質(zhì)表現(xiàn)出不同特征的材料。舉例來說，比如金屬良導(dǎo)體，你無論是正接，反接，還是各個角度的側(cè)接，它都導(dǎo)電，電導(dǎo)的物理常數(shù)也沒有很大的變化，那么這個材料的導(dǎo)電性上我們就說它是各向同性。但是有的材料，比如一些電阻原件，正接是良導(dǎo)體，反接就是絕緣體或者電阻很大，他各個方向上的電導(dǎo)的物理常數(shù)差異很大，這種材料，在導(dǎo)電性上就是各向異性。

向異性或者各向同性，是物質(zhì)材料的自身的屬性，跟材料的尺度大小，內(nèi)部原子排列結(jié)構(gòu)，分子相互作用等等密切相關(guān)。

成因成因從微觀材料學(xué)角度來解釋各向異性材料的成因，是由于晶體內(nèi)的原子定向排布所引起的。晶體的各向異性即沿晶格的不同方向，原子排列的周期性和疏密程度不盡相同，由此導(dǎo)致晶體在不同方向的物理化學(xué)特性也不同。而非晶體處于無定形狀態(tài)，原子排布雜亂無章，所以處于長程無序的狀態(tài)，所以從非晶體的內(nèi)部往各個方向觀察，都沒有明顯的區(qū)別，所以其不同方向上的物理化學(xué)性質(zhì)也相同，所以是各向同性的。舉例3.1包扎帶抗拉強(qiáng)度的各向異性3.2衛(wèi)生紙浸潤的各向異性3.3木材抗拉強(qiáng)度的各向異性3.4碳纖維復(fù)合材料舉例3.1包扎帶抗拉強(qiáng)度的各向異性包扎帶是聚丙烯的結(jié)晶性塑料，聚丙烯為結(jié)晶性高聚物，它的縱、橫向的拉伸強(qiáng)度相差特別大，因此，有很好的成纖性，適宜做纖維、生產(chǎn)編織袋、繩索、魚、生產(chǎn)輸送管道、包扎帶、收縮包裝薄膜等．它的縱、橫向的拉伸強(qiáng)度的各向異性現(xiàn)象，可以非常方便地用實驗來驗證：用一根包扎帶可以提起十塊磚頭，約20千克（力），難怪許多人很難沿縱向拉斷包扎帶，這都說明包扎帶在縱向抗拉強(qiáng)度比較大，但是包扎帶在橫向的抗拉強(qiáng)度非常差，就是小孩也能輕松地把包扎帶在橫向撕拉成若干細(xì)條，撕拉開來的細(xì)條都是等寬的，這說明包扎帶纖維的排列很有規(guī)律，纖維都是平行排列的，稍有生活經(jīng)驗的人都有這種體驗．實驗表明，包扎帶是各向異性材料。

3.2衛(wèi)生紙浸潤的各向異性圖1：衛(wèi)生紙浸潤的各向異性衛(wèi)生紙是日常生活當(dāng)中最常見的用品之一，它在不同方向上的浸潤性能不一樣，衛(wèi)生紙在縱、橫方向上的浸潤存在明顯的差別，在縱向上的浸潤性能明顯強(qiáng)于在橫向上的浸潤性能，而餐巾紙、報紙等在各個方向上的浸潤性能是一樣的．將一張餐巾紙、一張衛(wèi)生紙放在同一張桌面上，分別滴一滴藍(lán)鋼筆水，鋼筆水在兩張紙上都發(fā)生浸潤現(xiàn)象，但是兩張紙對液體的浸潤有明顯差異．等它們浸潤完畢后發(fā)現(xiàn)，餐巾紙上水滴浸潤的形狀接近圓形（如圖1左所示），而衛(wèi)生紙上水滴浸潤的形狀是長條形的（如圖1右所示）．用其他液體做實驗，只要衛(wèi)生紙的質(zhì)量合格，實驗的結(jié)果都是一致的。衛(wèi)生紙浸潤的各向異性也是檢測衛(wèi)生紙是否達(dá)標(biāo)的一項重要判斷標(biāo)準(zhǔn)。3.3木材抗拉強(qiáng)度的各向異性圖2：木材抗拉強(qiáng)度的各向異性木材由于生長方向的不同產(chǎn)生了其材質(zhì)上的各向異性，簡單的說，樹木生長包括兩個方面：一是胸徑增大；二是高度增加．二者一為軸向，一為徑向，故而形成了木材縱向并列的生長紋路，這種生長紋路進(jìn)一步影響了木材受力時的變形程度．例如，劈柴時我們總是順著木柴的“絲”（即紋路）來劈，因為這樣要比橫向截斷更省力，這種在一個方向上“省力”而另一個方向上費力的特點就可以作為“各向異性”的通俗理解．木材纖維的排列很有規(guī)律，在平行于纖維方向的抗拉強(qiáng)度比較高，在垂直于纖維方向的抗拉強(qiáng)度非常低，屬于非常典型的各向異性材料．木材順紋受壓，每個細(xì)胞都好像一根管柱，壓力大到一定程度細(xì)胞壁向內(nèi)翹曲然后破壞．故順紋各向異性抗壓強(qiáng)度比橫紋抗拉強(qiáng)度?。畽M紋受壓，管形細(xì)胞容易被壓扁，所以強(qiáng)度僅為順紋抗壓強(qiáng)度之1/8左右，彎曲強(qiáng)度介于抗拉，抗壓之間．木材因含水量減少引起體積收縮之現(xiàn)象叫作干縮，干縮也是木材各向異性的一個顯著特性．例如從纖維飽和點降到含水率0%時，順紋干縮甚小，為0．1～0．3%，橫紋徑向干縮為3．66%，弦向干縮最大竟達(dá)9．63%，體積干縮為13．8%，所以當(dāng)木材紋理不直不勻，表面和內(nèi)部水分蒸發(fā)速度不一致，各部分干縮程度不同時，就出現(xiàn)彎、扭等不規(guī)則變形、干縮不勻就會出現(xiàn)裂縫．我們經(jīng)?？吹皆S多木材出現(xiàn)的裂紋（如圖2所示），其實就是木材的干縮各向異性．3.4碳纖維復(fù)合材料碳纖維布由碳纖維和環(huán)氧樹脂結(jié)合而成的復(fù)合材料，由于其比重小、剛性好和強(qiáng)度高而成為一種先進(jìn)的航空航天材料。因為航天飛行器的重量每減少1公斤，就可使運載火箭減輕500公斤。所以，在航空航天工業(yè)中爭相采用先進(jìn)復(fù)合材料。有一種垂直起落戰(zhàn)斗機(jī)，它所用的碳纖維復(fù)合材料已占全機(jī)重量的1/4，占機(jī)翼重量的1/3。據(jù)報道，美國航天飛機(jī)上3只火箭推進(jìn)器的關(guān)鍵部件以及先進(jìn)的MX導(dǎo)彈發(fā)射管等，都是用先進(jìn)的碳纖維復(fù)合材料制成的?？梢悦黠@的看到0°鋪層的碳纖維布，在沿著纖維方向和垂直纖維方向的抗拉強(qiáng)度是不同的，是一種典型的各向異性材料。應(yīng)用前景