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復(fù)合材料
日期:2024-11-23 05:08
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復(fù)合材料 復(fù)合材料(Compositematerials),是以一種材料為基體(Matrix),另一種材料為增強(qiáng)體(reinforcement)組合而成的材料。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)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。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。
復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強(qiáng)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代,因航空工業(yè)的需要,發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料(俗稱玻璃鋼),從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。50年代以后,陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹(shù)脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合,構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。 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。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。
60年代,為滿足航空航天等**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**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**復(fù)合材料。按基體材料不同,**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。**復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外,還可用作功能材料,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。 復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用*廣、用量*大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的材料,其比強(qiáng)度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍,還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹(shù)脂復(fù)合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強(qiáng)材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性,因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料,在500℃時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳化硅纖維與鈦復(fù)合,不但鈦的耐熱性提高,且耐磨損,可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合,使用溫度可達(dá)1500℃,比超合金渦輪葉片的使用溫度(1100℃)高得多。碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨,構(gòu)成耐燒蝕材料,已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中。非金屬基復(fù)合材料由于密度小,用于汽車和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧,其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當(dāng)。 復(fù)合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型方法較多,有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、RTM成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成型、反應(yīng)注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復(fù)合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。前者是在低于基體熔點(diǎn)溫度下,通過(guò)施加壓力實(shí)現(xiàn)成型,包括擴(kuò)散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。后者是將基體熔化后,充填到增強(qiáng)體材料中,包括傳統(tǒng)鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復(fù)合材料的成型方法主要有固相燒結(jié)、化學(xué)氣相浸滲成型、化學(xué)氣相沉積成型等。 復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有:①航空航天領(lǐng)域。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好,比強(qiáng)度、比剛度高,可用于制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)能電池翼和外殼、大型運(yùn)載火箭的殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。②汽車工業(yè)。由于復(fù)合材料具有特殊的振動(dòng)阻尼特性,可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好,損傷后易修理,便于整體成形,故可用于制造汽車車身、受力構(gòu)件、傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件。③化工、紡織和機(jī)械制造領(lǐng)域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹(shù)脂基體復(fù)合而成的材料,可用于制造化工設(shè)備、紡織機(jī)、造紙機(jī)、復(fù)印機(jī)、高速機(jī)床、精密儀器等。④*學(xué)領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性,可用于制造*用X光機(jī)和矯形支架等。碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性,生物環(huán)境下穩(wěn)定性好,也用作生物*學(xué)材料。此外,復(fù)合材料還用于制造體育運(yùn)動(dòng)器件和用作建筑材料等。
復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料,它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn),克服單一材料的缺陷,擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn),已逐步取代木材及金屬合金,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域,在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。
隨著科技的發(fā)展,樹(shù)脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進(jìn)步,生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的價(jià)格成本已被許多行業(yè)接受,但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問(wèn)世,使高分子復(fù)合材料家族更加完備,已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全**復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬(wàn)噸,年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上,若將歐、美的**航空航天的高價(jià)值產(chǎn)品計(jì)入,其產(chǎn)值將更為驚人。從**范圍看,**復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長(zhǎng),而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)不景氣,發(fā)展較為緩慢,但中國(guó)尤其是中國(guó)內(nèi)地的市場(chǎng)發(fā)展迅速。據(jù)**主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計(jì),2000年歐洲的復(fù)合材料**占有率約為32%,年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸。與此同時(shí),美國(guó)復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長(zhǎng)率約為美國(guó)GDP增長(zhǎng)率的2倍,達(dá)到4%~6%。2000年,美國(guó)復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸左右。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國(guó)汽車在**市場(chǎng)上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)的整體變化密切相關(guān),各國(guó)的占有率變化很大??傮w而言,亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長(zhǎng),2000年的總產(chǎn)量約為145萬(wàn)噸,預(yù)計(jì)2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬(wàn)噸。
從應(yīng)用上看,復(fù)合材料在美國(guó)和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國(guó)汽車零件的復(fù)合材料用量達(dá)14.8萬(wàn)噸,歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計(jì)可達(dá)10.5萬(wàn)噸。而在日本,復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè),如衛(wèi)浴設(shè)備等,此類產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7.5萬(wàn)噸,汽車等領(lǐng)域的用量?jī)H為2.4萬(wàn)噸。不過(guò)從**范圍看,汽車工業(yè)是復(fù)合材料*大的用戶,今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮螅壳斑€有許多新技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中。例如,為降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲,增加轎車的舒適性,正著力開(kāi)發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹(shù)脂的減振鋼板;為滿足發(fā)動(dòng)機(jī)向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求,發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、連桿、軸瓦已開(kāi)始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求,必將會(huì)有越來(lái)越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時(shí),隨著近年來(lái)人們對(duì)**問(wèn)題的日益重視,高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步推廣。例如,用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料,在北美已被大量用作托盤(pán)和包裝箱,用以替代木制產(chǎn)品;而可降解復(fù)合材料也成為國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)。
另外,納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注,納米復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)也成為新的熱點(diǎn)。以納米改性塑料,可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時(shí),大大提高了材料的綜合性能。
樹(shù)脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料
樹(shù)脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
1、玻璃纖維
目前用于高性能復(fù)合材料的玻璃纖維主要有高強(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價(jià)比較高,因此增長(zhǎng)率也比較快,年增長(zhǎng)率達(dá)到10%以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在**方面,近年來(lái)民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件,大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止,我國(guó)已經(jīng)實(shí)用化的高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中,只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到******,且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán),形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè),現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強(qiáng)度高、模量高、耐高溫、導(dǎo)電等一系列性能,首先在航空航天領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用,近年來(lái)在運(yùn)動(dòng)器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測(cè),土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)?huì)大規(guī)模采用工業(yè)級(jí)碳纖維。1997~2000年間,宇航用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)為31%,而工業(yè)用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)會(huì)達(dá)到130%。我國(guó)的碳纖維總體水平還比較低,相當(dāng)于國(guó)外七十年代中、末期水平,與國(guó)外差距達(dá)20年左右。國(guó)產(chǎn)碳纖維的主要問(wèn)題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無(wú)高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長(zhǎng)度不夠、未經(jīng)表面處理、價(jià)格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀(jì)80年代以來(lái),荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開(kāi)展了芳綸纖維的研制開(kāi)發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場(chǎng),年增長(zhǎng)速度也達(dá)到20%左右。芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高,因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件(如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動(dòng)器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居**,尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過(guò)性和耐海水腐蝕性,許多國(guó)家已用它來(lái)制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在**領(lǐng)域,在汽車制造、船舶制造、*療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問(wèn)世就引起了**發(fā)達(dá)國(guó)家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料
熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹(shù)脂如不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)是具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機(jī)械強(qiáng)度,廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。1993年**環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)能力為130萬(wàn)噸,1996年遞增到143萬(wàn)噸,1997年為148萬(wàn)噸,1999年150萬(wàn)噸,2003年達(dá)到180萬(wàn)噸左右。我國(guó)從1975年開(kāi)始研究環(huán)氧樹(shù)脂,據(jù)不完全統(tǒng)計(jì),目前我國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家,總生產(chǎn)能力為50多萬(wàn)噸,設(shè)備利用率為80%左右。酚醛樹(shù)脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點(diǎn),因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年**酚醛樹(shù)脂的產(chǎn)量為300萬(wàn)噸,其中美國(guó)為164萬(wàn)噸。我國(guó)的產(chǎn)量為18萬(wàn)噸,進(jìn)口4萬(wàn)噸。乙烯基酯樹(shù)脂是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一類新型熱固性樹(shù)脂,其特點(diǎn)是耐腐蝕性好,耐溶劑性好,機(jī)械強(qiáng)度高,延伸率大,與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好,耐疲勞性能好,電性能佳,耐熱老化,固化收縮率低,可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹(shù)脂有限公司引進(jìn)荷蘭Atlac系列強(qiáng)耐腐蝕性乙烯基酯樹(shù)脂,已廣泛用于貯罐、容器、管道等,有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹(shù)脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹(shù)脂。
1971年以前我國(guó)的熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是**產(chǎn)品,70年代后開(kāi)始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起,各地大量引進(jìn)國(guó)外**技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號(hào)的聚酯樹(shù)脂(美、德、荷、英、意、日)和環(huán)氧樹(shù)脂(日、德)生產(chǎn)技術(shù);在成型工藝方面,引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機(jī)組、樹(shù)脂傳遞模塑(RTM)成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹(shù)脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等,形成了從研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系,截止2000年底,我國(guó)熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家,已有51家通過(guò)ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證,產(chǎn)品品種3000多種,總產(chǎn)量達(dá)73萬(wàn)噸/年,居****位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面,有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等;在石油化工方面,主要用于管道及貯罐;在交通運(yùn)輸方面,汽車上主要有車身、引擎蓋、保險(xiǎn)杠等配件,火車上有車廂板、門(mén)窗、座椅等,船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等;在機(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模;在航空航天及**領(lǐng)域,輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚(yú)雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料
熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的,主要有長(zhǎng)纖維增強(qiáng)粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同,樹(shù)脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料,纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢(shì),該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快,歐美發(fā)達(dá)國(guó)家熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹(shù)脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料以注射件居多,基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件(彎頭、三通、法蘭)、閥門(mén)、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓制品(如吉普車座椅支架)、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過(guò)濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動(dòng)皮帶保護(hù)罩等。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強(qiáng)PP在車內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用,如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件,儀表盤(pán)和自動(dòng)剎車控制杠等,例如美國(guó)HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩(wěn)定以及低密度、低價(jià)格等特點(diǎn),利用云母/聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車儀表盤(pán)、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車門(mén)護(hù)欄、電機(jī)風(fēng)扇、百葉窗等部件,利用該材料的阻尼性可制作音響零件,利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。
我國(guó)的熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代末期,近十年來(lái)取得了快速發(fā)展,2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬(wàn)噸,約占樹(shù)脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%,,所用的基體材料仍以PP、PA為主,增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主,少量為碳纖維,在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破,與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距。
我國(guó)復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c(diǎn)
我國(guó)復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽?,但須處理好以下熱點(diǎn)問(wèn)題。
1、復(fù)合材料**
復(fù)合材料**包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展、復(fù)合材料的工藝發(fā)展、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用,具體要抓住樹(shù)脂基體發(fā)展**、增強(qiáng)材料發(fā)展**、生產(chǎn)工藝發(fā)展**和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展**。到2007年,亞洲占**復(fù)合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%,目前亞洲人均消費(fèi)量?jī)H為0.29kg,而美國(guó)為6.8kg,亞洲地區(qū)具有極大的增長(zhǎng)潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展
我國(guó)碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢,從CF發(fā)展回顧、特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)碳纖維發(fā)展過(guò)程、中國(guó)PAN基CF市場(chǎng)概況、特點(diǎn)、“十五”科技攻關(guān)情況看,發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整
我國(guó)玻璃纖維70%以上用于增強(qiáng)基材,在**市場(chǎng)上具有成本優(yōu)勢(shì),但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與**國(guó)家尚有差距,必須改進(jìn)和發(fā)展紗類、機(jī)織物、無(wú)紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈,推進(jìn)玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作,促進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)材料的新發(fā)展。
4、開(kāi)發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場(chǎng)
一是清潔、可再生能源用復(fù)合材料,包括風(fēng)力發(fā)電用復(fù)合材料、煙氣脫硫裝置用復(fù)合材料、輸變電設(shè)備用復(fù)合材料和天然氣、氫氣高壓容器;二是汽車、城市軌道交通用復(fù)合材料,包括汽車車身、構(gòu)架和車體外覆蓋件,軌道交通車體、車門(mén)、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等;三是民航客機(jī)用復(fù)合材料,主要為碳纖維復(fù)合材料。熱塑性復(fù)合材料約占10%,主要產(chǎn)品為機(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等。我國(guó)未來(lái)20年間需新增支線飛機(jī)661架,將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè),復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套;四是船艇用復(fù)合材料,主要為游艇和漁船,游艇作為**娛樂(lè)耐用消費(fèi)品在歐美有很大市場(chǎng),由于我國(guó)魚(yú)類資源的減少、漁船雖發(fā)展緩慢,但復(fù)合材料特有的優(yōu)點(diǎn)仍有發(fā)展的空間。
5、纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用
國(guó)內(nèi)外復(fù)合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎(chǔ)應(yīng)用廣泛,與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點(diǎn),特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲(chǔ)倉(cāng)修補(bǔ)和加固中市場(chǎng)廣闊。
6、復(fù)合材料綜合處理與再生
重點(diǎn)發(fā)展物理回收(粉碎回收)、化學(xué)回收(熱裂解)和能量回收,加強(qiáng)技術(shù)路線、綜合處理技術(shù)研究,示范生產(chǎn)線建設(shè),再生利用研究,大力拓展再生利用材料在石膏中的應(yīng)用、在拉擠制品中的應(yīng)用以及在SMC/BMC模壓制品中的應(yīng)用和典型產(chǎn)品中的應(yīng)用。
21世紀(jì)的高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)是賦予復(fù)合材料自修復(fù)性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開(kāi)發(fā)高剛度、高強(qiáng)度、高濕熱環(huán)境下使用的復(fù)合材料為重點(diǎn),構(gòu)筑材料、成型加工、設(shè)計(jì)、檢查一體化的材料系統(tǒng)。組織系統(tǒng)上將是聯(lián)盟和集團(tuán)化,這將更充分的利用各方面的資源(技術(shù)資源、物質(zhì)資源),緊密聯(lián)系各方面的優(yōu)勢(shì),以推動(dòng)復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。