复合材料的复合化与复合材料的发展

复合材料的复合化与复合材料的发展

0复合化新型材料材料是社会发展的物质基础和先驱，新材料是反映社会进步的重要里程碑。新材料技术是支撑当今人类文明的现代工业关键技术,新材料技术一直是各国科技发展规划中一个十分重要的领域,它与能源技术、生物技术、信息技术一起被公认为当今社会及今后相当长时间内总揽人类全局的高科技技术。复合化是新型材料的重要发展方向,也是新型材料的重要组成部分和最具生命力的分支之一。复合材料已发展成为与金属材料、高分子材料、无机非金属材料并列的四大材料体系之一。今天,一个国家的复合材料工业水平,已经成为衡量其科技与经济实力的主要标志之一。先进复合材料是国家安全和国民经济具有竞争优势的源泉。预测到2020年,只有复合材料才具有潜力获得20-25%的性能提升。复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料,它既能保留原有组分材料的主要特色,又通过材料设计使各组分的性能互相补充并彼此关联与协同,从而获得原组分材料无法比拟的优越性能,与一般材料的简单混合体有本质的区别。所谓先进复合材料是指用碳纤维等高性能增强相增强的复合材料,对于先进树脂基复合材料,在综合性能上与铝合金相当,但比刚度比强度高于铝合金。1在飞机上的应用目前飞机上的复合材料,由小到大,由少到多,由弱到强,由结构到功能,其需求量越来越大。飞机结构也正在一步一步地走向材料复合化。飞机上的复合材料主要是碳纤维的复合材料。以前大型客机采用的材料基本以先进铝合金为主,所以飞机的设计及制造都是建立在这种材料基础上。以波音777为例,其机体结构中,铝合金占到70%、钢占11%、钛占7%,而复合材料仅占到11%,而且复合材料仅用于飞机辅件。但是到波音787时,复合材料的使用出现质的飞跃,不仅数量激增而且开始应用于飞机的主要受力件,现在波音787的复合材料用量已达到结构总重量的50%。随着基体树脂和碳纤维性能的不断提高,碳纤维增强树脂基复合材料的耐湿热性及断裂延伸率得到显著改善和提高。在飞机上的应用已由次承力结构材料发展到主承力结构材料。碳纤维增强复合材料是目前国际上最先进的复合材料之一。它以其轻质高强、耐高温、抗腐蚀、热力学性能优良等特点,被广泛用作结构材料及耐高温抗烧蚀材料,是其它纤维增强复合材料无法比拟的。但是航天高新技术发展对复合材料的要求也越来越高,促使复合材料向以下几个方向发展:1.1高性能1.2降低成本1.3多功能2我国目前应抓复合材料的研究进展飞机结构件大规模使用复合材料,是现代飞机制造史上的一次革命性变化。它使得飞机的重量更轻、强度更高以及耐疲劳耐腐蚀性能更好,而且复合材料中的高强度碳纤维实现大规模工业化生产后,可以使飞机的制造成本更低。同时在计算机技术、激光、C扫描等先进科技的配合下,用复合材料制造的飞机结构件的质量要求能够更加可靠地保证飞机的安全性能。根据波音和空客公开的研究资料表明,到2020年它们的飞机结构件将全部采用复合材料。但是国产先进复合材料的性能、质量、规格、价格以及供货能力等方面还远不能满足国防、航空航天以及民用发展领域的需求。为了缩小与国际先进水平的差距,我国现在开始抓复合材料的预研。未来先进复合材料的研发热点有以下几点:2.1原材料技术2.2合材料的研制综上所述,我国现阶段以及未来几十年里必须重点解决先进复合材料研制中的关键问题,发展我国的优势材料,通过国家与企业协同研发,自主创新,使我国成为复合材料强国。在满足国防、航空航天领域需求的前提下不断促进向民用领域拓展。3结构先进、熔喷前后的复合技术随着航空航天技术的飞速发展,对材料的要求也越来越高,一个国家新材料的研制与应用水平在很大程度上体现了其国防和科研技术水平,因此许多国家都把新型材料的研制与应用放在科研工作的首要地位。新型航空航天器的先进性标志之一是结构先进性,而先进复合材料是实现结构先进性的重要基础和先导技术。我国将成为世界上先进复合材料的最大用户,却面临着我国技术贮备的严重不足以及国外技术封锁等考验。因此,要实现我国先进复合材料研制和应用的可持续发展,必须坚持自主创新原则,解决原材料问题,低成本技术问题以及材料新型开发问题。包括原材料高性能化和制品高性能化。包括原材料、复合工艺和质量控制等方面的低成本生产技术。由单纯结构型向结构与功能一体化,即向多功能化的方向发展。基体和增强体等原材料是发展先进复合材料的基础和前提,而增强纤维技术最为重要。到目前为止,我国要稳定生产模量>700GPa和强度>5.5GPa的高模高强碳纤维,仍是非常困难的。在过去的30多年中,复合材料的研究重点放在材料性能和工艺改进方面上,但目前及未来几十年的重点将是是复合材料的低成本技术,低成本技术的开发和应用将是复合材料研发的主流