復合材料發(fā)展趨勢

復合材料發(fā)展趨勢NJUT復合材料簡介

復合材料是以一種材料為基體，另一種材料為增強體組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復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，擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展?，F代高科技的發(fā)展離不開復合材料，復合材料對現代科學技術的發(fā)展，有著十分重要的作用。復合材料的研究深度和應用廣度及其生產發(fā)展的速度和規(guī)模，已成為衡量一個國家科學技術先進水平的重要標志之一。進入21世紀以來，全球復合材料市場快速增長，亞洲尤其中國市場增長較快美國航空航天讓復合材料開啟登月之旅美國航空航天局團隊堅信未來宇宙飛船座艙將采用先進復合材料來制造。目前，團隊賽車、帆船及高檔運動器材都是由復合材料制造而成的。由于復合材料具有輕質堅固的特點，而且可形成各種在結構上更有效的復雜形狀，因此變得極具吸引力。在制造形狀復雜的船艙時，采用復合材料和以鋁作為原材料相比，船艙重量減輕了10%-15%。在宇宙飛行中，每增加一磅的重量就會使成本增加。減輕10%的重量將會提高船艙的負荷能力，減少宇宙飛行的花費。與金屬太空船相比，復合材料太空船制造起來可能更快、成本更低。復合材料在生活中的應用我國的復合材料2010年1-11月我國347家規(guī)模以上復合材料生產企業(yè)工業(yè)總產值為529億元，同比增長15.22%；銷售產值為519億元，同比增長16.18%：FRP出口交貨為22億元，同比增長-5.08%。2011年我國復合材料行業(yè)保持了平穩(wěn)增長，全年呈前高后低運行態(tài)勢。其中，玻璃纖維價格平穩(wěn)，基體材料產量略有增長，復合材料在風力發(fā)電、交通運輸、水處理、建筑、基礎設施等領域得到了廣泛的應用。2011年我國熱固性復合材料產量達263萬噸，同比增長10.50%；熱塑性復合材料達118萬噸，同比增長29.67%；總產量達381萬噸，同比增長15.81%，產量繼續(xù)超越美國，蟬聯世界第一。隨著高性能、低成本的增強材料，功能性、強韌性和工藝優(yōu)異的基體材料的研發(fā)和應用，材料、結構一體化設計理念的逐步深入，我國復合材料制造技術不斷進步，工藝水平不斷提升，行業(yè)朝著高、精、尖方向不斷發(fā)展?，F階段，我國玻璃鋼、復合材料行業(yè)面臨一個新的大發(fā)展時期，如城市化進程中大規(guī)模的市政建設、新能源的利用和大規(guī)模開發(fā)、環(huán)境保護政策的出臺、汽車工業(yè)的發(fā)展、大規(guī)模的鐵路建設、大飛機項目等。在巨大的市場需求牽引下，復合材料產業(yè)的發(fā)展將有很廣闊的發(fā)展空間。2012年9月5～7日，一年一度的復合材料行業(yè)盛會——中國國際復合材料工業(yè)技術展覽會（ChinaCompositesExpo2012）在上海世博展覽館順利舉行近年來，中國復合材料行業(yè)取得了一個個顯著的成績，產量已達世界第一、機械化水平穩(wěn)步提高，新產品、新工藝不斷開發(fā)和應用，環(huán)境治理能力顯著提高，綜合實力穩(wěn)步增強。在此基礎上，行業(yè)逐步走向由量的增長轉向質的提升階段，提出由大變強，靠新出強的理念，不斷改進技術，提高產品附加值，向高精尖方向發(fā)展。為推進行業(yè)技術進步和產業(yè)升級，主辦方推出創(chuàng)新產品評獎活動，聯合法國JEC集團組建國內外復合材料專業(yè)團，對參選產品進行評選，最終30家企業(yè)的32件產品獲獎；展會同期還舉辦了42場技術講座和兩場專題技術培訓，邀請行業(yè)專家分享其研發(fā)的新成果，拋磚引玉提升行業(yè)整體技術水平。第18屆中國國際復合材料工業(yè)技術展覽會。第18屆中國國際復合材料工業(yè)技術展覽會圓滿閉幕

復合材料產業(yè)化的技術之惑

基礎研究不足、關鍵技術未能實現突破，是復合材料產業(yè)發(fā)展停滯不前的根本原因。“我國復合材料在應用與產業(yè)化方面，與國外相比至少落后10年以上?！痹谌涨罢匍_的中國國際先進復合材料與工藝技術論壇上，中國工程院院士劉連元表示，國內的復合材料很多產品不過關，技術與性能的穩(wěn)定性都不達標。作為國務院《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產業(yè)發(fā)展規(guī)劃》中重點發(fā)展的三大新材料之一，復合材料的產業(yè)化備受矚目。然而，多位專家在接受《中國科學報》采訪時表示，復合材料產業(yè)的發(fā)展必須以基礎研究的發(fā)展作為先導，產業(yè)的發(fā)展不能完全靠需求牽引來推動。復合材料產業(yè)：有產能，無產量和很多技術的推廣路線一樣，復合材料最先開始應用在航空航天與軍事領域，然后轉向民用領域。與發(fā)達國家相比，復合材料在我國航空航天與軍事領域的使用量并不高。據悉，發(fā)達國家復合材料在部分軍機上的用量早已超過50％，而我國軍用戰(zhàn)斗機上的最大用量尚不足10％；在民用方面，美國大型客機波音787上的復合材料用量也超過了50％，而我國首架擁有自主知識產權的支線客機ARJ21使用的復合材料僅占飛機結構重量的2%。即便是如此少的用量，我國復合材料產業(yè)仍不能滿足國內需求

航空航天領域的應用

以航空航天領域為代表的軍用領域歷來是先進復合材料重要的傳統(tǒng)的應用領域。由于復合材料具有比強度高,比剛度高,耐腐蝕疲勞性能好,可設計性強等一系列獨特的優(yōu)點,在各種武器裝備上的輕量化、小型化和高性能化上起到了無可代替的至關重要的作用,使之成為飛機、導彈、火箭、人造衛(wèi)星、艦船、兵工武器等結構上不可或缺的戰(zhàn)略材料和技術。

體育休閑領域的應用

體育休閑用品領域復合材料的應用開發(fā)較早目前仍有穩(wěn)定的市場和需求,大約占有30%以上的市場份額。該領域的產品質量要求越來越高,制作要求越來越精細,市場競爭亦日趨激烈。

基礎設施領域

基礎設施主要指房屋、橋梁、隧道及其相關的混凝土工程等,復合材料可以多種形式用于該領域中目前應用最廣的是以包纏料、層壓板等形式用于基礎設施的修復、更新和加固上汽車領域

復合材料用于汽車代替鋼件有40%或以上的減重潛力,以前限于復合材料成本較高,應用進展一直不如人意。但近年來隨大絲束纖維出現、RTM等低成本工藝發(fā)展,汽車上復合材料的應用呈良好發(fā)展勢頭,預計近期會有較大發(fā)展。

提高燃油效率，目前是汽車工業(yè)首要關注的問題。他們努力生產輕質的汽車零部件，幫助車身整體減重，以提高車輛行駛里程。汽車制造商，比以往的任何時候，都更多的看到了復合材料的好處。

以風力發(fā)電為主的能源領域作為各項新能源設備的材料基礎，各類復合材料也在技術上有著突飛猛進發(fā)展。以一直受到世界各國廣泛關注的風電行業(yè)為例，為了相應時間對于能源節(jié)約型科技的推進，利用風能發(fā)電的理念得到進一步認可，為了實現這一理念，各類由復合材料所打造的風電葉片，風電機組材料應運而生。并且，對于這些復合材料性能都有著相當高的要求。據了解，各地市場上所現存的風葉片絕大部分是由熱固性復合材料打造，它們通常都很難在自然環(huán)境中降解，對于環(huán)境造成很多迫害。這就要求復合材料能夠更加環(huán)保。除此之外，還要求該材料質量輕、抗沖擊力高。因為風電設備的工作環(huán)境的風力壓強很大，如果沒有復合要求的材料，風電設備將不堪一擊。

沿海油氣田的應用

先進復合材料在該領域主要用在沿海油田的鉆井平臺上,如護欄、扶手、通道、豎井等部位,油田的抽油桿以及各種管道系統(tǒng)、油箱和油罐等。設備的不腐蝕減少了修理、維護和更換程序,降低了使用周期成本。此外減重、改進安全性、便于現場安裝等優(yōu)點也帶來了一定的經濟效益,形成了復合材料另一個較有前途的應用市場。我國復合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c1、復合材料創(chuàng)新復合材料創(chuàng)新包括復合材料的技術發(fā)展、復合材料的工藝發(fā)展、復合材料的產品發(fā)展和復合材料的應用，具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強材料發(fā)展創(chuàng)新、生產工藝發(fā)展創(chuàng)新和產品應用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年，亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區(qū)具有極大的增長潛力。碳纖維賽車結構件采用碳纖維制造的賽車結構件可以滿足諸多性能要求：1.相比鋼制車身，碳纖維材料能降低50%的重量；2.更高的安全性能，包括更優(yōu)化的力學性能，和更高的抗震，抗沖擊強度；3.滿足不同規(guī)模的制造量（1-100輛/天）；4.幫助制造商達到賽車性能和制造成本的平衡；5.碳纖維材料本身具有較高的環(huán)保和回收再利用性能。碳纖維材質描述：1.工業(yè)級大絲束干碳纖維；2.采用長連續(xù)纖維，或短纖維；3.多軸向碳纖維織布，或夾芯多軸向織布。形成了一條“預成型—真空注射—表面剪切—裝配—粘合”的制造程序，使賽車產量達到每天100量。創(chuàng)新復合材料精品記錄--碳纖維賽車結構件由CORIMA最新研發(fā)制造的AERO+MCC的品牌自行車輪是專門為公路自行車運動員和愛好者打造的一款全碳纖維自行車輪。制造商希望用最先進的材料滿足公路自行車運動員和愛好者們對于騎自行車的熱情。

該款全碳纖維自行車輪完全按照完整的復合材料生產過程制造。輪輞是由UD和包裹Rohacell泡沫的Hexel平紋綢碳纖維預浸纖維制造而成，輪轂的一部分由半固化碳纖維，輻條完全是由半固化碳纖維制成。CORIMA技術為自行車輪的生產提供了一整套模具制造方案。有些部分經過超模壓，另外一些采用結構性環(huán)氧樹脂膠粘合。這套解決方案幫助產品達到超高的性能水平，包括絕佳的旋轉慣性、超高的剛度、獨特的流線型設計，還將車輪重量（一對）減少到只有1000克！

全碳纖維自行車輪“山泉”登山&滑雪靴AlpControl公司在此次展會上展出的一款捆綁式超輕碳登山&滑雪靴，制造商為其取了一個動聽的名字—“山泉（MOUNTAINSPRING）”?！吧饺钡巧?滑雪靴顧名思義，由兩部分構成：包括安裝在脛骨位置的可移動的碳纖維支持滑雪板，和登山靴。所采用的半固化碳纖維板是由法國索蒂拉（SOTIRA）公司制造，重量只有240克。該登山&滑雪靴能賦予運動者如春泉一般的無限流暢感覺，，比高級滑雪靴具有更好的彎曲性能。2、聚丙烯腈基纖維發(fā)展我國碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢，從CF發(fā)展回顧、特點、國內碳纖維發(fā)展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、“十五”科技攻關情況看，發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。●強度高●自重輕●良好的耐腐蝕性和防水性●較強的適應性●施工簡便●施工質量易于保證

聚丙烯腈基纖維3、玻璃纖維結構調整我國玻璃纖維70%以上用于增強基材，在國際市場上具有成本優(yōu)勢，但在品種規(guī)格和質量上與先進國家尚有差距，必須改進和發(fā)展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈，推進玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作，促進玻璃纖維增強材料的新發(fā)展。玻璃纖維制品4、開發(fā)能源、交通用復合材料市場一是清潔、可再生能源用復合材料，包括風力發(fā)電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復合材料，包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復合材料，主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架，將形成民航客機的大產業(yè)，復合材料可建成新產業(yè)與之相配套；四是船艇用復合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場，由于我國魚類資源的減少、漁船