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  聚合物復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于汽車、航空航天、運(yùn)動(dòng)器材等諸多領(lǐng)域，其主要優(yōu)勢(shì)在于其可設(shè)計(jì)性，包括其組成（如填料和基體的類型）和結(jié)構(gòu)（例如填料的方向和尺寸）。其中，填料取向?qū)?fù)合材料的結(jié)構(gòu)-性能-加工相關(guān)性起著至關(guān)重要的作用，從而使復(fù)合材料具有優(yōu)異的性能。因此，填料的取向一直是復(fù)合材料學(xué)界的一個(gè)重要課題。

圖1：(a) 綜述的結(jié)構(gòu)概覽 (b) 建模、表征、控制和應(yīng)用各部分之間的相互關(guān)系。

圖2：填料坐標(biāo)系和復(fù)合材料坐標(biāo)系中填料方向的定義。

圖3：填料取向的建模方法概述以及它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

  與建模相比，表征提供了復(fù)合材料填料取向的更為真實(shí)的評(píng)估。本文總結(jié)了復(fù)合材料填料取向的各類代表性表征方法，主要包括顯微鏡技術(shù)、X射線技術(shù)和拉曼光譜等。它們?cè)诒碚鲝?fù)合材料的填料取向方面各有優(yōu)勢(shì)。在真實(shí)應(yīng)用場(chǎng)景下，表征方法的選擇取決于實(shí)際情況如填料的類型，以及相應(yīng)的技術(shù)要求，如空間/深度分辨率、視場(chǎng)大小、分析能力和操作的便利性。

圖4：在典型的復(fù)合材料制造技術(shù)中，限制填料轉(zhuǎn)動(dòng)自由度（實(shí)線）和平動(dòng)自由度（虛線）的主要來源，以及各類制造技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

  了解填料取向?qū)?fù)合材料不同性能的影響對(duì)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和加工階段填料取向的控制具有重要的價(jià)值。本文系統(tǒng)總結(jié)和分析了填料取向?qū)?fù)合材料力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)和其他性能的影響。在生產(chǎn)過程中應(yīng)當(dāng)綜合考慮復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)以及填料的取向調(diào)節(jié)，以滿足實(shí)際應(yīng)用過程中對(duì)復(fù)合材料性能的需求。

  最后，總結(jié)了填料取向在復(fù)合材料中的研究和應(yīng)用中仍然存在的挑戰(zhàn)與機(jī)遇并展望了未來的發(fā)展方向。

  文章鏈接：https://doi.org/10.1016/j.pmatsci.2024.101360

  下載：Orientation of discontinuous fillers in polymer composites: modelling, characterization, control and applications