復(fù)合材料的作用和地位迎接二十一世紀(jì)挑戰(zhàn)

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上200l年 l 月玻璃鋼 /復(fù)合材料 ! ! 復(fù)合材料在材料科學(xué)技術(shù)中的作用和地位 迎接二十一世紀(jì)挑戰(zhàn) 何宇聲 （北京望程復(fù)合材料研究所） 材料科學(xué)和材料工業(yè)，是當(dāng)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的 重要領(lǐng)域之一，而復(fù)材料的發(fā)展又是材料科學(xué)技術(shù) 中的一個重要組成部分。因此，大力研究和發(fā)展復(fù) 合材料，并將其應(yīng)用于生產(chǎn)實踐，這對加快我國現(xiàn)代 化建設(shè)，迎接偉大的二十一世紀(jì)挑戰(zhàn)有著極其重要 的現(xiàn)實意義。 l材料 -復(fù)合材料 -人類進(jìn)步與 發(fā)展的里程碑 材料的發(fā)展是人類文明進(jìn)步的一種標(biāo)志，也是 人類生存和發(fā)展征服自然和改造自然的物質(zhì)基礎(chǔ)， 同時也是直接衡量一個國家的科學(xué)技術(shù)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展 的重要因素

2、之一。當(dāng)今國際社會公認(rèn)，材料、能源和 信息技術(shù)是現(xiàn)代文明進(jìn)步的三大支柱。人類使用和 制造材料由來已久，隨著社會生產(chǎn)力的發(fā)展，人們對 材料的需求不論在規(guī)模方面和質(zhì)量方面都愈來愈 高。這種要求的滿足與材料本身的數(shù)量和質(zhì)量之 間，自古至今存在著相互依賴和相互矛盾的關(guān)系。 材料的生產(chǎn)和使用就是在不斷解決這個矛盾的過程 中逐漸向前發(fā)展的。 人類從認(rèn)識材料到制造和使用材料，經(jīng)歷了漫 長的歷史演變過程。起初，人們對材料的認(rèn)識，只是 憑借生產(chǎn)實踐中比較粗糙的經(jīng)驗和感官的直接觀 察，依賴于偶然的發(fā)現(xiàn)和單純的經(jīng)驗積累?？v然有 不少卓越的見解，終歸帶有臆測和空想的性質(zhì)，是一 些比較表面的樸素的知識。近代科學(xué)技術(shù)就不

3、同 了，由于隨著生產(chǎn)的高度發(fā)展而越來越發(fā)達(dá)的科學(xué) 實驗作為人們認(rèn)識的活動基礎(chǔ)，因而對材料本質(zhì)的 了解就精細(xì)和深刻得多了。隨著冶煉技術(shù)、合成化 學(xué)的發(fā)達(dá)，新的金屬材料和人工合成高分子材料的 出現(xiàn)，特別是二十世紀(jì)頭幾十年，由于固體力學(xué)、結(jié) 晶學(xué)、結(jié)構(gòu)學(xué)、X射線學(xué)等學(xué)科的建立，以及近四十年 來微觀分析技術(shù)的進(jìn)步、電子計算機(jī)的出現(xiàn)，使人們 對材料的認(rèn)識產(chǎn)生了巨大的飛躍，進(jìn)而形成了一門 新興的綜合性學(xué)科材料科學(xué)。 目前，國際上材料科學(xué)的發(fā)展非常迅速，研究的 領(lǐng)域不斷在擴(kuò)大。結(jié)構(gòu)材料朝著更高溫度、更高比 強(qiáng)度、更高比剛度和更苛刻工作環(huán)境的超高性能化 的方向發(fā)展。特別是各種高新技術(shù)的發(fā)展，對材料 的所要求的

4、性質(zhì)和性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原有材料的范圍。 對某些特定的結(jié)構(gòu)和制品已經(jīng)不大可能用單一材料 來滿足高新技術(shù)的要求，因此發(fā)展了近代復(fù)合材料， 并且以其廣泛而優(yōu)異的特性迅速發(fā)展著。復(fù)合材料 的出現(xiàn)，大大地豐富了材料科學(xué)的內(nèi)容， 并且在材料 科學(xué)發(fā)展中占據(jù)著重要的地位，人們把這種新型材 料的出現(xiàn)，視為人類進(jìn)步發(fā)展的里程碑。這充分顯 示了材料對社會進(jìn)步的重要推動作用。 2二十一世紀(jì)是復(fù)合材料的時代 我們正處于世紀(jì)之交，一個富有競爭性和挑戰(zhàn) 性的二十一世紀(jì)正迎面向我們走來。眾所周知，新 材料、新技術(shù)的發(fā)展已成為當(dāng)代工業(yè)發(fā)展與經(jīng)濟(jì)競 爭的主要立足點?？茖W(xué)家預(yù)言“二十一世紀(jì)將是復(fù) 合材料的時代”，“復(fù)合材料在二十一世

5、紀(jì)中將支撐 著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步和挑起經(jīng)濟(jì)實力的脊梁”，“先進(jìn) 復(fù)合材料在二十一世紀(jì)中將在航空航天技術(shù)領(lǐng)域中 發(fā)揮越來越重要的作用”。可見，復(fù)合材料將肩負(fù)著 歷史的重任。 材料對現(xiàn)代社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)的影響如此巨大。 可以說，沒有先進(jìn)的材料就沒有先進(jìn)的工業(yè)、農(nóng)業(yè)和 科學(xué)技術(shù)。歷史學(xué)家將材料作為文明社會進(jìn)步的標(biāo) 志，將歷史劃分為若干時代是不無道理的?？v觀世 界科技發(fā)展史，凡是重大的技術(shù)革新都往往起始于 材料的革新。 現(xiàn)代社會的發(fā)展更有賴于材料的的發(fā)展。20世 紀(jì)下半葉開始的技術(shù)革命時代，新材料已成為各高 新技術(shù)領(lǐng)域發(fā)展的突破口，并且在很大程度上影響 著新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。具體來說，在新材料的應(yīng)用中， 沒有

6、復(fù)合材料的進(jìn)步和工業(yè)化生產(chǎn)，就不可能有現(xiàn) 代國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和現(xiàn)代航空航天技術(shù)的飛速發(fā) 展。復(fù)合材料已成為當(dāng)今發(fā)展高新技術(shù)必不可少的 重要組成部分，并且越來越被世界各國所重視。 為了適應(yīng)特種工業(yè)以及航空航天技術(shù)的發(fā)展需 要，各種輕質(zhì)、高強(qiáng)、高韌性先進(jìn)復(fù)合材料得到了迅 猛發(fā)展。用途廣泛的先進(jìn)樹脂基復(fù)合材料、不僅對 其增強(qiáng)材料的品種質(zhì)量和性能提出了更高的要求， 樹脂由熱固性中溫型向熱塑性高溫型發(fā)展。另外， FRP /CM 200l.NO.l 復(fù)合材料在材料科學(xué)技術(shù)中的作用和地位 2001年 1 月 ! ! 金屬基復(fù)合材料也是先進(jìn)復(fù)合材料開發(fā)中的重點之 一，主要有碳纖維增強(qiáng)鈷、碳化硅增強(qiáng)鋁、粉末顆粒

7、增強(qiáng)鋁、石墨纖維增強(qiáng)鎂、粉末顆粒擠壓（或鑄造）金 屬基復(fù)合材料等。此外，還有高溫、耐磨損、耐腐蝕、 抗熱沖擊等特性的陶瓷復(fù)合材料和具有高模量、超 高溫的碳 /碳復(fù)合材料等也正在拓展之中。 先進(jìn)復(fù)合材料不僅對加速國防尖端技術(shù)的發(fā)展 有著特殊的意義，在民用工業(yè)中如汽車制造、民用飛 機(jī)、交通、建筑、環(huán)保以及體育用品等方面也有著廣 闊的發(fā)展前景。確信，21世紀(jì)在科技進(jìn)步和人類社 會發(fā)展方面，復(fù)合材料將作出重要貢獻(xiàn)，21世紀(jì)是復(fù) 合材料的時代。 3復(fù)合材料定義及其分類 對于復(fù)合材料的發(fā)展沒有進(jìn)行確切的考證，但 是人類社會的發(fā)展與材料有著密切的關(guān)系。早在古 代就有人用稻草增強(qiáng)泥坯作墻體材料，用麻絲和泥 塑

8、造佛像，用麻刀涂料保護(hù)梁柱結(jié)構(gòu)，用紙精石灰粉 飾墻面等等，這些都是由來已久的復(fù)合材料，至今仍 然在應(yīng)用著。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人們不斷地革 新和創(chuàng)造，制造出許多不同功能的復(fù)合材料。這些 都是人類在使用材料上的進(jìn)步和發(fā)展。 到目前為止，所謂復(fù)合材料仍被認(rèn)為僅僅是兩 種或兩種以上不同性質(zhì)或不同形態(tài)的材料，通過特 定的復(fù)合工藝組合而成的一種結(jié)構(gòu)物。它既保持了 原有組分材料的特點，又具有原有組分材料所沒有 的性能。但在現(xiàn)代技術(shù)中，它含有更為廣泛的意義： 它們無論是以微觀或宏觀的形式構(gòu)成不同化學(xué)性質(zhì) 或不同結(jié)構(gòu)的物體，都是屬于復(fù)合材料的內(nèi)容。 復(fù)合材料具有它自己的獨特性能。就其強(qiáng)度、 耐熱性或其它一些合

9、乎要求的性能來說，復(fù)合材料 就優(yōu)于它的任一個組分或與它們都有不同的差別。 就材料而言，不論是金屬、無機(jī)非金屬或高分子物， 都有其優(yōu)缺點，有些強(qiáng)而脆，有些韌而弱。為了改變 這種單一材料的性質(zhì)，必須走復(fù)合材料的道路。這 種復(fù)合材料的發(fā)展是基于在已經(jīng)認(rèn)識的各種材料中 將不同特性的材料通過材料設(shè)計，使各組分材料的 性能加以綜合，發(fā)揮其指定效能，以達(dá)到某種結(jié)構(gòu)或 工程的要求，因此改變了材料單一的發(fā)展方向，從而 打破了材料之間的界限，形成了一門以化學(xué)、物理學(xué) 為基礎(chǔ)的跨行業(yè)的綜合性學(xué)科 -復(fù)合材料學(xué)，同時 也是一門多學(xué)科相互滲透的應(yīng)用科學(xué)技術(shù)。 復(fù)合材料主要是以一種材料為基體（如樹脂、陶 瓷、金屬等），加

10、入另一種稱之為增強(qiáng)材料的纖維、晶 須、顆粒等復(fù)合成的一種整體結(jié)構(gòu)物，這種結(jié)構(gòu)物品 類繁多，應(yīng)用很廣。根據(jù)材料的性質(zhì)作用，可歸納為 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類。結(jié)構(gòu)復(fù)合材 料含高聚合物基（樹脂）復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、 陶瓷基復(fù)合材料、碳 /碳復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料 等。功能復(fù)合材料含導(dǎo)電功能復(fù)合材料、導(dǎo)磁功能 復(fù)合材料、換能功能復(fù)合材料、阻尼功能復(fù)合材料、 屏蔽功能復(fù)合材料、醫(yī)學(xué)功能復(fù)合材料等。 本文重點討論的問題主要是結(jié)構(gòu)復(fù)合材料。在 結(jié)構(gòu)復(fù)合材料中重點是樹脂基復(fù)合材料。目前這種 材料應(yīng)用最廣、品種最多、產(chǎn)量最高，在復(fù)合材料中 占據(jù)著重要地位。自從 40年代初開始用玻璃纖維增 強(qiáng)樹

11、脂玻璃鋼以來，玻璃鋼發(fā)展速度非?？?，每年的 產(chǎn)量 幾乎是直線上升，產(chǎn)品種類已達(dá) 35000種以上， 涉及各個領(lǐng)域，成為復(fù)合材料“家族”中最為活躍和 應(yīng)用最為廣泛的成員。 玻璃鋼是復(fù)合材料的一種，之所以稱謂“玻璃 鋼”，有它一定的時代性。我國玻璃鋼是 1958年大躍 進(jìn)年代的產(chǎn)物。在那個年代，工業(yè)發(fā)展一切“以鋼為 綱”。由于玻璃鋼重量輕、強(qiáng)度高、某些性能優(yōu)于鋼 材，進(jìn)而可以代替鋼材，因此便將“玻璃纖維增強(qiáng)塑 料”，這一術(shù)語改成為通俗易懂，富有形象的稱呼“玻 璃鋼”（是當(dāng)時建材部部長賴際發(fā)定名的），這一名稱 一直沿用至今。由于它的發(fā)展和深入人心，“玻璃 鋼”已不再是人們生疏和陌生的名稱或產(chǎn)品，甚至

12、許 多國家對中國這一用語也都普遍比較理解和認(rèn)可， 尤其日本在和我國交往中，在參加中國多次舉辦的 國際復(fù)合材料會議或展覽會中多次引用了“玻璃鋼” 這一專業(yè)用語。需要指出的是，只有用玻璃纖維增 強(qiáng)有機(jī)或無機(jī)材料才稱之為玻璃鋼。由于玻璃鋼是 一種復(fù)合材料，因此把它稱其為玻璃鋼復(fù)合材料或 玻璃鋼 /復(fù)合材料也是合理的。事實上，我國北京、 上海、哈爾濱三大玻璃鋼研究院所，其名稱一直沿用 至今，也無需可疑。 4復(fù)合材料的特點 復(fù)合材料和常規(guī)材料有著完全不同的特點。復(fù) 合材料是一種多相的材料，主要包括基體相和增強(qiáng) 相。這種相的細(xì)節(jié)非常復(fù)雜，而且通常隨著加工過 程而變化。所謂基體相，是一種連續(xù)相材料，與改善

13、性能的增強(qiáng)材料固化結(jié)成一體，并起傳遞應(yīng)力的作 用；增強(qiáng)相起承受應(yīng)力和顯示功能的作用。因此，復(fù) 合材料是由兩種或兩種以上物質(zhì)以物理結(jié)合的方式 組成的結(jié)構(gòu)物。常規(guī)材料由于有它一定性能特性和 FRP /CM 2001.No.1 200l年 l 月玻璃鋼 /復(fù)合材料 ! ! 性能范圍，所以有它發(fā)揮其性能長處的一定應(yīng)用范 圍。因此這決定了復(fù)合材料有其廣闊應(yīng)用前景，并 得到迅速發(fā)展。除此之外，復(fù)合材料還具有其它方 面的許多特點。主要特點如下 （l）給設(shè)計者提供了較多的設(shè)計自由度?？梢?在設(shè)計結(jié)構(gòu)的同時，設(shè)計材料。按照產(chǎn)品的指定要 求，通過組分材料的選擇與配合，確定它們在構(gòu)件中 的分布與取向。這些選擇基本上

14、就確定了復(fù)合材料 的性能。因此，把適當(dāng)選擇這些因素的方法和途徑 搞清楚，對有效地利用材料是件重要的工作。為了 全面改善結(jié)構(gòu)的完整性，確保制品的性能，電子計算 機(jī)應(yīng)成為復(fù)合材料設(shè)計能力的一個組成部分，這也 是促使復(fù)合材料設(shè)計技術(shù)加速進(jìn)展的關(guān)鍵。 （2）材料在加工過程中 不發(fā)生組分化學(xué)變化，構(gòu) 件與材料是同時形成的產(chǎn)品（或結(jié)構(gòu)物）。由于這一 特點，使之結(jié)構(gòu)整體性好，可以大大地節(jié)省部件連接 的復(fù)雜性與連接件的數(shù)量，從而縮短加工周期、降低 了成本，提高了構(gòu)件的可靠性。 （3）用復(fù)合材料制成的產(chǎn)品或構(gòu)件，在長期高載 荷條件下工作，其疲勞強(qiáng)度極限要高于金屬材料，具 有較長的使用壽命和較大的破壞安全性。 （

15、4）復(fù)合材料產(chǎn)品當(dāng)發(fā)生破壞時，不會像金屬或 陶瓷等傳統(tǒng)材料那樣發(fā)生突然破壞，而是經(jīng)歷基體 損傷、開裂、界面脫膠、部分纖維首先斷裂，、其它纖 維仍承受一定荷載，從而延緩?fù)蝗话l(fā)生災(zāi)難性的破 壞，或者在產(chǎn)品的局部發(fā)生破壞面不致造成大面積 碎片爆破現(xiàn)象，如高壓氣瓶的破壞特征。 除了上述特點之外，復(fù)合材料還有它自身固有 的而其它材料不具備的一些特點。這里特別需要說 明的是玻璃鋼復(fù)合材料。它可以通過手工操作，即 手糊法制備某些量少、異形、體積大、強(qiáng)度要求不高 的產(chǎn)品，而且投資小，見效快。由于這一特點，引起 了人們的興趣，并發(fā)展很快，特別是在 70 80年代， 一大批鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)像雨后春筍般地迅速茁起，形成了

16、一支勞動密集型的產(chǎn)業(yè)大軍，對復(fù)合材料的發(fā)展起 到了一定的推動作用。這也符合中國國情和市場需 求。但是也帶來一些負(fù)面影響，認(rèn)為玻璃鋼很簡單， 誰都能搞，于是蜂擁而上，造成產(chǎn)品質(zhì)次，聲譽(yù)下降， 對行業(yè)發(fā)展帶來不少麻煩，經(jīng)過了將近一二十年的 努力，方使玻璃鋼復(fù)合材料恢復(fù)了本來面目。 這里需要強(qiáng)調(diào)的是，實踐證明玻璃鋼并不是人 們所想像的那么簡單。它是一門比較復(fù)雜的技術(shù)， 涉及的知識面和專業(yè)很廣。例如從模具制作開始， 選材、配方、結(jié)構(gòu)、設(shè)計、工藝、固化、表面處理、修復(fù) 維護(hù)等一整套技術(shù)。因此，它是一種勞動密集、知識 密集和技術(shù)密集型的綜合技術(shù)。同時也是集古老、 傳統(tǒng)和現(xiàn)代化于一身的邊緣學(xué)科。從生產(chǎn)方式而

17、 言，它又是一門手工作業(yè) 機(jī)械化自動化相 輔相承的專門技術(shù)，因此，我們不可輕而視之。 從技術(shù)應(yīng)用的角度證明，由于玻璃鋼輕質(zhì)高強(qiáng)、 結(jié)構(gòu)造型以及設(shè)計自由等特點，發(fā)揮這方面的長處， 它同時可以適應(yīng)藝術(shù)和形象構(gòu)體的需要，制造出意 想不到的效果，如各種藝術(shù)形像、雕塑制品等。因 此，它不僅具有專業(yè)化程度很高的工程結(jié)構(gòu)材料的 特點，而且是一種具有“得之于心，應(yīng)之于手”的藝術(shù) 造型材料。這一領(lǐng)域的發(fā)展前景也是非常廣闊的。 “仁者見仁，智者見智”，從時代的發(fā)展，長遠(yuǎn)建 設(shè)需要來看，玻璃鋼不失為是 復(fù)合材料“家族”中的 重要成員之一，同時也是二十一世紀(jì)仍然不可缺少 的重要工程材料之一，我們?nèi)f萬不要強(qiáng)調(diào)了復(fù)合材

18、料、先進(jìn)復(fù)合材料而忘記了最基本的最廣泛的玻璃 鋼復(fù)合材料。 5復(fù)合材料的主要任務(wù) 由于復(fù)合材料的結(jié)構(gòu)是一個錯綜復(fù)雜而又相互 關(guān)聯(lián)的體系，因此所需要解決的問題很多。這里僅 從材料研究和發(fā)展的角度提出一些看法進(jìn)行商榷。 眾所周知，材料科學(xué)技術(shù)主要是研究材料的性 質(zhì)、性能、工藝和用途的科學(xué)技術(shù)，所涉及的領(lǐng)域很 廣。它的任務(wù)是：一方面研究材料的微觀結(jié)構(gòu)和宏 觀性能相互關(guān)聯(lián)的規(guī)律，并在這個基礎(chǔ)上改善現(xiàn)有 材料的性能，拓展應(yīng)用面；另一方面探索和發(fā)現(xiàn)具有 特殊性能的新材料，向著按預(yù)定性能設(shè)計的產(chǎn)品目 標(biāo)進(jìn)行工作。 （l）首先，復(fù)合材料的研究和發(fā)展，必須立足于 應(yīng)用。因為復(fù)合材料不是一門純理論性的學(xué)科，它 必

19、須結(jié)合應(yīng)用發(fā)揮其特定的效用，才具有它的價值。 不搞應(yīng)用研究，出路是不大的。應(yīng)用的前途，關(guān)鍵在 于合理的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)以及合理的選材、工藝、結(jié)構(gòu) 設(shè)計的定位。今天，材料科學(xué)和材料工業(yè)正處于飛 速發(fā)展階段，各種材料都在競相增長。從技術(shù)經(jīng)濟(jì) 效益、可設(shè)計性分析，復(fù)合材料無疑是極有生命力 的。它的應(yīng)用范圍很廣，品種及產(chǎn)量增長的比例是 較快的。由于價格偏高而影響市場競爭原因是多方 面的，因此必須探索低成本高效能的材料，以適應(yīng)這 一技術(shù)發(fā)展的需要。 （2）研究復(fù)合材料質(zhì)量穩(wěn)定和可靠性問題，因為 FRP /CM 200l.NO.l 復(fù)合材料在材料科學(xué)技術(shù)中的作用和地位 200l年 l 月 ! ! 復(fù)合材料在制

20、造過程中，材料的與產(chǎn)品同時完成。 影響產(chǎn)品性能的因素很多，要充分研究纖維的品種、 規(guī)格及質(zhì)量問題，尤其是碳纖維質(zhì)量跟不上先進(jìn)復(fù) 合材料的發(fā)展，同時開展纖維織物結(jié)構(gòu)、氈材均勻性 以及與之密切相關(guān)的纖維浸潤劑和偶聯(lián)劑的研究 等。除玻璃纖維外，其它硅酸鹽繁纖維為高強(qiáng)度、高 彈性模量、高硅氧等纖維及其織物都是發(fā)展復(fù)合材 料的基本原材料。一切纖維型增強(qiáng)的復(fù)合材料、纖 維是復(fù)合材料發(fā)展的基礎(chǔ)，因此必須優(yōu)先研究發(fā)展。 （3）根據(jù)產(chǎn)品性能要求以及經(jīng)濟(jì)和使用效果上 的考慮，需要研究復(fù)合材料組分，特別是在原材料配 方中加入適量的填料或其它物質(zhì)以改善制品性能等 方法發(fā)揮復(fù)合材料多相功能的作用。同時深入研究 利用無機(jī)

21、礦物填料、超微細(xì)粒料等對復(fù)合材料的性 能改善及其效果等。這方面工作是很有潛力的，應(yīng) 注意加以 發(fā)揮。 （4）研究復(fù)合材料的制備過程，對保證產(chǎn)品質(zhì)量 關(guān)系十分重要。材料的組分、結(jié)構(gòu)和缺陷首先受制 備過程的影響，包括原材料的處理、工藝參數(shù)的確定 以及制備過程中各個環(huán)節(jié)的嚴(yán)格控制等。只有深入 研究它們的機(jī)制及其對結(jié)構(gòu)物性能的影響，才能有 效地控制材質(zhì)與性能。在制備過程中必須研究運(yùn)用 精密的儀器與控制技術(shù)進(jìn)行監(jiān)視與檢驗。這是保證 整個生產(chǎn)過程順利進(jìn)行的必須手段。為了提高和改 善加熱固化效應(yīng)，采用電子束輻射加熱固化方法，可 使產(chǎn)品熱收縮應(yīng)力減小，降低能耗，提高穿透性，加 快固化速度，從而縮短生產(chǎn)周期，保

22、證產(chǎn)品質(zhì)量。 （5）由于復(fù)合材料是由纖維和基體材料組成的 多相結(jié)構(gòu)物，它具有非均勻性和各向異性的特特點， 因此需要研究建立表征參數(shù)的測試方法及其標(biāo)準(zhǔn)， 這是復(fù)合材料技術(shù)發(fā)展過程中的另一個重要環(huán)節(jié)。 同時還應(yīng)強(qiáng)調(diào)力學(xué)、電子計算機(jī)、設(shè)計、材料和工藝 等技術(shù)的密切配合，集成相關(guān)技術(shù)，以利于更好地充 分發(fā)揮復(fù)合材料的特點。 （6）加強(qiáng)復(fù)合材料基礎(chǔ)理論的研究。基礎(chǔ)理論 研究要和應(yīng)用技術(shù)結(jié)合起來。今天，科學(xué)技術(shù)的發(fā) 展已經(jīng)不能滿足于測量和羅列一些材料的宏觀性質(zhì) 的數(shù)據(jù)來作為選擇材料的依據(jù)，還必須借助于近代 物理、化學(xué)、力學(xué)等理論和現(xiàn)代測試技術(shù)與高新技術(shù) 來了解材料的微觀世界及其行為通過對材料的微觀 結(jié)構(gòu)及

23、性質(zhì)的研究，進(jìn)一步洞察復(fù)合材料的結(jié)合狀 態(tài)，界面機(jī)理、力學(xué)行為、斷裂韌性、失效問題等。在 這一基礎(chǔ)上總結(jié)規(guī)律、不斷提高探索的自覺性，逐步 實現(xiàn)按指定性能要求研制出更多更好的材料，促使 復(fù)合材料科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。 因此，復(fù)合材料的基本任務(wù)就是進(jìn)一步研究材 料結(jié)構(gòu)、性能、工藝和使用狀況四者之間的關(guān)系。這 四個關(guān)鍵問題也可以稱為復(fù)合材料的四要素，也即 復(fù)合材料是研究四要素之間的關(guān)系的一門新型學(xué) 科。 6復(fù)合材料的發(fā)展與展望 復(fù)合材料經(jīng)過了半個多世紀(jì)的發(fā)展，已經(jīng)基本 形成了集科研、教學(xué)、設(shè)計、生產(chǎn)和應(yīng)用一整套的體 系。自從二十世紀(jì) 40年代初，美國推出玻璃鋼雷達(dá) 罩以來，首先在軍工產(chǎn)品上得到應(yīng)用。第二次

24、世界 大戰(zhàn)以后發(fā)展很快。玻璃鋼最初是從美國開始的， 隨后傳入英國、德國、法國、前蘇聯(lián)和日本等國家是 在五十年代初期發(fā)展起來的。我國是從 l958年興 起。到了六十年代以后，由于玻璃鋼的優(yōu)異特性，許 多國家都在廣泛地應(yīng)用和發(fā)展。據(jù)八十年代的統(tǒng) 計，玻璃鋼品種達(dá)到了三萬五千種以上。并且在生 產(chǎn)工藝上已從單個產(chǎn)品成型發(fā)展到多個產(chǎn)品的連續(xù) 成型；在制品上已從幾厘米大小的產(chǎn)品，發(fā)展到大型 貯罐；在技術(shù)上從手工操作發(fā)展到高度自動化及電 子計算機(jī)控制。由此可見，新的生產(chǎn)方式出現(xiàn)和新 技術(shù)的應(yīng)用不斷地推動著復(fù)合材料工業(yè)的發(fā)展。 我國玻璃鋼工業(yè)的發(fā)展，經(jīng)歷了由軍到民，軍民 結(jié)合和以民為主的發(fā)展階段。這一發(fā)展過程

25、基本上 與一些先進(jìn)發(fā)達(dá)國家所走的道路是一致的。目前我 國的產(chǎn)品、品種僅次于美國、日本，處于第三位（包括 臺灣在內(nèi)），并繼續(xù)不斷發(fā)展，在國民經(jīng)濟(jì)和國防建 設(shè)中發(fā)揮著越來越重要的作用。 進(jìn)入二十世紀(jì) 70年代后，由于高新技術(shù)的發(fā)展， 玻璃鋼在性能結(jié)構(gòu)上已不能滿足高比強(qiáng)度、高比剛 度在尖端技術(shù)領(lǐng)域里的要求。因此開展了高硅氧纖 維、碳纖維、硼纖維、芳綸（有機(jī)纖維）等高性能先進(jìn) 復(fù)合材料的研究，并相應(yīng)地開發(fā)了高性能樹脂基、金 屬基和陶瓷基材料制成先進(jìn)復(fù)合材料。這種先進(jìn)復(fù) 合材料主要用于航空、航天、火箭導(dǎo)彈、人造衛(wèi)星和 宇宙飛船等方面。 為了促使我國復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，更 好地用于生產(chǎn)實踐，對于一些

26、基礎(chǔ)性的問題仍需要 認(rèn)真地加以解決，以便適應(yīng)二十一世紀(jì)工業(yè)技術(shù)的 發(fā)展需要。 （l）為了更好地發(fā)揮復(fù)合材料的特性，當(dāng)前除應(yīng) 加強(qiáng)研究玻璃纖維方面所需要解決的問題之外，更 FRP /CM 200l.NO.l 2001年 1 月玻璃鋼 /復(fù)合材料 ! ! 要加強(qiáng)碳纖維制造工藝的研究，要解決長期存在碳 纖維質(zhì)量不穩(wěn)定的問題以及降低成本和國產(chǎn)化的問 題；對芳綸等高聚物類有機(jī)纖維的應(yīng)用研究也應(yīng)積 極組織力量開展工作，以適應(yīng)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)發(fā)展的 需要。 （2）復(fù)合材料除了組成材料的強(qiáng)度、模量等方面 的差異而帶來的復(fù)雜性外，一般都具有均質(zhì)的或不 均質(zhì)的各向異性，并且破壞的形式是多樣的。這是 復(fù)合材料可靠性差的

27、一面。到目前為止，復(fù)合材料 還是個新領(lǐng)域。許多理論和試驗工作還在進(jìn)行階 段，實際使用的經(jīng)驗還不多。例如結(jié)構(gòu)設(shè)計中復(fù)合 材料總的安全因素究竟取多少適合；復(fù)合材料的強(qiáng) 度標(biāo)準(zhǔn)等，對待復(fù)合材料，既要了解它的長處，更要 了解它的短處，以便全面地考慮它的使用效果。 （3）復(fù)合材料的各向異性使得它的應(yīng)用比傳統(tǒng) 的各向同性材料要復(fù)雜得多。今后研究和發(fā)展的重 點，一方面要加強(qiáng)應(yīng)用技術(shù)的研究，另一方面要重視 基礎(chǔ)理論的探討。界面性能，通常被認(rèn)為對復(fù)合材 料的性能起著決定性的作用。在任何復(fù)合材料中， 界面和改善界面性能的方法是關(guān)系到這種復(fù)合材料 是否有使用價 值和能否推廣使用的一個重要問題。 對于碳纖維 /樹脂基復(fù)合材料，由于碳纖維表面能 低，致使復(fù)合過程中與基體的粘附性差。通常用纖 維表面處理的方法，使纖維表面潔凈，與樹脂更好的 浸潤，尤其使纖維表面產(chǎn)生活性基團(tuán)與樹脂產(chǎn)生化 學(xué)反應(yīng)，形成化學(xué)結(jié)合，提高層間剪切強(qiáng)度。因此深 入研究界面的性狀和整體理解的本質(zhì)聯(lián)系，使復(fù)合 材料的性能實現(xiàn)最佳化，減少性能波動，也是值得注 意的問題。 （4）為了滿足高速飛行器、宇宙飛船和大型承載 火箭技術(shù)的發(fā)展，不僅需要研究解決高性能先進(jìn)復(fù) 合材料，還需要研究解決高性能表面涂層和與之相 配合的有機(jī)與無機(jī)