树脂基复合材料的应用与发展

复合材料的应用？

复合材料的主要应用领域有：

①航空航天领域。由于复合材料热稳定性好，比强度、比刚度高，可用于制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。

②汽车工业。由于复合材料具有特殊的振动阻尼特性，可减振和降低噪声、抗疲劳性能好，损伤后易修理，便于整体成形，故可用于制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。

③化工、纺织和机械制造领域。有良好耐蚀性的碳纤维与树脂基体复合而成的材料，可用于制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。

④医学领域。碳纤维复合材料具有优异的力学性能和不吸收X射线特性，可用于制造医用X光机和矫形支架等。碳纤维复合材料还具有生物组织相容性和血液相容性，生物环境下稳定性好，也用作生物医学材料。此外，复合材料还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。

特种纤维复合材料什么用处？

碳纤维是由含碳量高、热处理不熔融的人造纤维，经过热稳定氧化处理、碳化处理以及石墨化等工艺制成的特种纤维。其力学性能优异，与一般碳素材料不同的是，碳纤维具有很强的各向异性，在沿纤维轴的方向有着很高的强度。

碳纤维一般不作为材料单独使用，会与树脂、金属、陶瓷等基质复合，制成碳纤维增强复合材料。考虑到成本控制和工艺问题，目前应用较多的是碳纤维增强树脂基复合材料，能够满足对密度、刚度、重量、疲劳特性等要求严格的领域需求。

碳纤维复合材料一开始在航空航天等高端领域应用，随着技术工艺的不断成熟，目前在机械、汽车、纺织、体育等领域也有着广泛应用。

1.航空领域

航天飞行器每减少1kg的重量，运载火箭可以减少500kg，碳纤维复合材料比重小、刚性好、强度高，所以在航天飞行器中很受欢迎。

某垂直起落战斗机，碳纤维复合材料的使用量占全机重量的1/4，占机翼重量的1/3。据悉，美国航天飞机上3只火箭推进器的关键部件以及先进的MX导弹发射管等，都是用碳纤维复合材料制成的。

2.汽车领域

碳纤维复合材料用于汽车领城多数是代替钢材，可减质量40%以上，从而节省燃油降低使用成本。

据知汽车结构每减质量10%,可节省燃油7%。F1(世界一级方程锦标赛)赛车，车身大部分结构都用碳纤维材料。家用汽车应用复合材料目前也逐渐形成一种趋势，在当前能源紧张、燃油涨价的形势下，尤其是随着电动汽车的风行，必将形成复合材料潜在的应用大户。

3.风力发电领域

风力是清洁环保可再生的能源，当前风力发电是能源领域增长最快的，世界上大约以25%的年速率递增。由于单机发电容量越来越大，桨叶叶片越来越长，质量越来越大，强度和刚度的要求越来越高，于是研究人员开始将目光投向碳纤维复合材料。

目前的桨叶多用混杂复合材料，以碳纤与玻纤混杂为主，既使受力合理又节省碳纤维用量，从而实现成本控制。

4.医疗领域

碳纤维复合材料有着高达98%以上的透光性，可以作为X光机、CT机、乳腺机等放射医疗器械的部件材料。

随着假肢技术的不断发展，碳纤维复合材料还可用于假脚、踝关节、膝关节、接受控等部位的制作，能够让使用者更舒适、更省力。

除上述的几个领域，碳纤维复合材料还应用于电子、高速列车、工程建筑、家具、油气田等领域，可以毫不夸张的说，碳纤维复合材料几乎是“无所不能”了。当然了，更多地应用领域还需我们不断地探索开发。

什么是聚合物基复合材料？

聚合物基复合材料的种类主要有：

　（1）玻璃纤维增强树脂基复合材料；　

（2）天然纤维增强树脂基复合材料；

　（3）碳纤维增强树脂基复合材料；

　（4）芳纶纤维增强树脂基复合材料；

　（5）金属纤维增强树脂基复合材料；

　（6）特种纤维增强聚合物基复合材料；

　（7）陶瓷颗粒树脂基复合材料；

　（8）热塑性树脂基复合材料；（聚乙烯，聚丙烯，尼龙，聚苯硫醚（PPS），聚醚醚酮（PEEK），聚醚酮酮（PEKK））

　（9）热固性树脂基复合材料；（环氧树脂，聚酰亚胺，聚双马来酰亚胺（PBMI），不饱和聚酯等）

　（10）聚合物基纳米复合材料

为什么要发展金属基复合材料？

金属基复合材料指采用人工方法，将不同尺寸、不同形态（包括纤维、晶须、颗粒、纳米颗粒等）的无机非金属（或金属）增强体添加到金属基体中制成的新型材料。

通过合理的设计，金属基复合材料可以发挥出增强体和基体各自的性能优势，获得“合金”材料所不具备的特殊性能，如比强度、比刚度、低膨胀、高导热、耐高温等。

纤维增强水泥基复合材料的优点？

纤维增强水泥基复合材料具有抗裂、大延性、高韧性、抗冲击、抗渗、抗剪、耐高温、耐腐蚀、良好的化学稳定性和优越的能量吸收能力，在减小混凝土裂缝、提高混凝土耐久性、改善混凝土脆性破坏、电学性能等方面都起了重要作用。在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。

1.抗拉强度

内部缺陷是水泥基复合材料破坏的主要因素，任意分布的短切纤维在复合材料硬化过程中改变了其内部结构，减少了内部缺陷，提高了材料的连续性。在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。

2.抗裂性

在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。宏观上看，当基体材料受到应力作用产生微裂缝后，纤维能够承担因基体开裂转移给它的应力，基体收缩产生的能量被高强度、低弹性模量的纤维所吸收，有效增加了材料的韧性，提高了其初裂强度、延迟了裂缝的产生，同时，纤维的乱向分布还有助于减弱水泥基复合材料的塑性收缩及冷冻时的张力。

3．抗渗性

内部孔隙率、孔分布和孔特征是影响水泥基复合材料抗渗性的主要因素。以纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。

4．抗冲击及抗变形能力

在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基材中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷，并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。

5．抗冻性

纤维可以缓解温度变化而引起的水泥基复合材料内部应力的作用，从而防止水泥固化过程中微裂纹的形成和扩散，提高材料的抗冻性；同时，水泥基复合材料抗渗能力的提高也有利于其抗冻能力的提高。在水泥基复合材料中加入聚丙烯、玻璃等纤维的研究表明，纤维的加入，可作为一种有效的水泥基复合材料温差补偿抗裂手段。

增韧树脂用途？

降低复合材料脆性和提高复合材料抗冲击性能的一类助剂。可分为活性增韧剂与非活性增韧剂两类，活性增韧剂是指其分子链上含有能与基体树脂反应的活性基团，它能形成网络结构，增加一部分柔性链，从而提高复合材料的抗冲击性能。

非活性增韧剂则是一类与基体树脂很好相溶、但不参与化学反应的增韧剂。

复合材料与工程专业就业前景？

这个专业目前就业情况不错，学生就业方向：到化工、轻工、机电、建材、交通、航空航天、高校、研究所、设计院等企事业单位，从事合成树脂、橡胶、化纤、涂料、粘合剂、复合材料、电绝缘材料、高性能材料、功能高分子材料等研制、材料改性、合成、加工、应用、工程设计以及管理开发或教学工作。

复合材料与工程专业是材料、化工、计算机技术、数理等学科相互交叉的综合学科，旨在培养学生对复合材料进行材料和结构设计、工艺优化、开发先进复合材料及制品的能力，使学生掌握复合材料的成型加工技术和设备原理，能够在复合材料的设计、制备和成型加工等领域从事一定的科学研究、技术开发、工艺及设备设计或相关生产、经营管理等方面工作。

本专业学生毕业后可毕业生可以就业于与复合材料相关的汽车、建筑、电机、电子、航空航天、国防军工、信息通讯、轻工、化工等有关企业和公司，担任工程研究人员、工程师和营销管理人员，从事设计、研发、分析、生产、测试、评价、营销、管理等工作；或在商检、海关、质检和外贸等部门从事产品质量和材料检验分析工作；也可以在高等院校、研究设计院所从事科研教学工作。