樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用與發(fā)展

喬嶺峰

【摘 要】樹脂基復(fù)合材料當(dāng)前在交通、化工、輕工、機械、電子、水利、汽車、家電和宇航等各個領(lǐng)域應(yīng)用非常廣泛?；诖?，本文對樹脂基復(fù)合材料的實際應(yīng)用和發(fā)展進(jìn)行了闡述。

【關(guān)鍵詞】樹脂基復(fù)合材料；應(yīng)用；發(fā)展

引 言

樹脂基復(fù)合材料也稱纖維增強塑料，是目前技術(shù)比較成熟且應(yīng)用最為廣泛的一類復(fù)合材料。這種材料是用短切的或連續(xù)纖維及其織物增強熱固性或熱塑性樹脂基體，經(jīng)復(fù)合而成。以玻璃纖維作為增強相的樹脂基復(fù)合材料在世界范圍內(nèi)已形成了產(chǎn)業(yè)，在我國俗稱玻璃鋼。

一、樹脂基復(fù)合材料的概述

（一）樹脂基復(fù)合材料的組成

樹脂基復(fù)合材料作為一種復(fù)合材料，是由兩個或兩個以上的獨立物理相，包含基體材料和增強材料所組成的一種固體產(chǎn)物。樹脂基復(fù)合材料采用的增強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度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達(dá)到10%以上。高強度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預(yù)警機雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品等。

2.碳纖維

碳纖維具有強度高、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，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)笠?guī)模采用工業(yè)級碳纖維。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當(dāng)于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達(dá)20年左右。國產(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價格偏高等。

（二）樹脂基復(fù)合材料的性能特點

1.各向異性（短切纖維復(fù)合材料等顯各向同性）；

2.不均質(zhì)（或結(jié)構(gòu)組織質(zhì)地的不連續(xù)性）；

3.呈粘彈性行為；

4.纖維（或樹脂）體積含量不同，材料的物理性能差異；

5.影響質(zhì)量因素多，材料性能多呈分散性。

（三）樹脂基復(fù)合材料的種類

1.熱固性樹脂基復(fù)合材料

熱固性樹脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，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材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹脂的特點是具有優(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械強度，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領(lǐng)域。

2.熱塑性樹脂基復(fù)合材料

熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的，主要有長纖維增強粒料、連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶和玻璃纖維氈增強型熱塑性復(fù)合材料。根據(jù)使用要求不同，樹脂基體主要有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，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達(dá)國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。

二、我國復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c

（一）復(fù)合材料創(chuàng)新

復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(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，具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強材料發(fā)展創(chuàng)新、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年，亞洲占世界復(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。

（二）開發(fā)能源、交通用復(fù)合材料市場

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、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復(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)品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。

（三）纖維復(fù)合材料基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

國內(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，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。

（四）復(fù)合材料綜合處理與再生

重點發(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。

三、樹脂基復(fù)合材料在體育娛樂器材方面的應(yīng)用

復(fù)合材料體育用品種類很多：有水上體育用品、如復(fù)合材料皮艇、賽艇、滑艇、帆船、帆板、沖浪板等；球類運動器材有網(wǎng)球拍、羽毛球拍及壘球棒、籃球架的籃板等；冰雪運動中有復(fù)合材料滑雪板、滑雪杖、雪撬、冰球棒等；跳高運動用的撐桿、射箭運動的弓和箭等也都選用復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的竹、木及金屬材料。實踐證明，很多體育用品改用復(fù)合材料制造后，大大地改善了其使用性能，使運動員創(chuàng)造出好成績。

在娛樂設(shè)施中，復(fù)合材料已大量用于游樂車、游樂船、水上滑梯、速滑車、碰碰車、兒童滑梯等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品充分發(fā)揮了玻璃鋼重量輕、強度高、耐水、耐磨、耐撞、色澤鮮艷、產(chǎn)品美觀及制造方便等特點。目前國內(nèi)各大公園及各游樂場的娛樂設(shè)施，都已基本上用玻璃鋼代替了傳統(tǒng)材料。

復(fù)合材料釣魚竿是體育娛樂器材中的大宗產(chǎn)品，它主要分為玻璃鋼釣魚竿和碳纖維復(fù)合材料釣魚竿兩類。其最大特點是強度高、重量強、可收縮、攜帶方便、造型美觀等。

四、在環(huán)境保護(hù)領(lǐng)域中的應(yīng)用

隨著工業(yè)的發(fā)展，環(huán)境污染問題已成為當(dāng)今世界令人關(guān)心的問題之一，許多國家投入巨大人力、物力，致力于環(huán)境保護(hù)工業(yè)這一新興工業(yè)部門。

玻璃鋼在給排水管道工程中已得到了廣泛的應(yīng)用，最近幾年，越來越多的廢水處理系統(tǒng)的管道用玻璃鋼制造，一個基本原因就是廢水的耐蝕介質(zhì)的種類和腐蝕性能都在不斷增加，這就要求使用耐蝕性能更好的材料，而而腐蝕玻璃鋼是滿足這種需求的最好材料。

五、結(jié)論

復(fù)合材料在娛樂設(shè)施交通能源醫(yī)用等方面用途廣泛，尤其是在新能源方面有很好的發(fā)展優(yōu)勢隨著科技的發(fā)展，樹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，使得玻纖增強復(fù)合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受。

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