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看看航空航天材料才知道什么是先进材料

发布时间:2019-11-16 15:55 来源:未知 编辑:admin

  先来看看什么是复合材料和高性能复合材料?复合材料,是由两种或两种以上不同性质的材料,通过物理或化学的方法,在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短,产生协同效应,使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。复合材料应用广泛,主要在基础建设和建筑工程领域、交通运输领域、汽车复合材料、能源与环保领域、航空航天领域。其中,风电、高铁和汽车、高温气脱硫、军工用复合材料是发展热点领域。高性能复合材料顾名思义,就是性能较高的复合材料。按照合成的原料不同,高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等,其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维,而碳纤维尤其值得关注。据美国市场研究机构提供的数字,2015年前,全球碳纤维市场需求将保持13%的增长,而我国对碳纤维的需求增速却明显快于全球。据估计,至2015年,我国对碳纤维总体需求将达1.6万吨。而根据新材料产业规划,“十二五”末我国碳纤维产能为1.2万吨。而目前碳纤维新材料已进入快速扩张期,未来航天航空、油气开发、汽车、电子等领域将带动碳纤维材料需求大幅增长。据了解,日、美、德等国技术垄断集中度较高,原丝、炭化等关键环节由日、美等国控制,其中,小丝束碳纤维生产基本上被东丽、东邦和三菱等日本企业所控制,三者市场占有率达到70%左右,大丝束则主要由美国卓尔泰克、德国西格里和日本东邦控制,市场占有率为80%左右。和其他的新材料面临的“技术壁垒”一样,从2000年开始,中国政府投入专项资金推动碳纤维技术的研发,目前利用自主技术研制的少数国产碳纤维产品已经达到了国际同类产品水平,但中国碳纤维产品数量的国有化率却依然不高。树脂基复合材料以有机聚合物为基体,添加相应的纤维增强体构成,也称纤维增强塑料,是目前技术较为成熟、应用最为广泛的一类复合材料。单一材料是日常生活中使用最多的物质,无论有机物还是无机物。随着科学技术的不断革新,人们对物质性能的要求越来越高。因此,复合材料的出现,受到了市场极大的欢迎。复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的,能够融合和发挥各种材料的优点,扩大材料的应用范围。而树脂基复合材料就是其中的一大类。树脂基复合材料以有机聚合物为基体,添加相应的纤维增强体构成,也称纤维增强塑料,是目前技术较为成熟、应用最为广泛的一类复合材料。根据纤维增强体的不同,树脂基复合材料可划分为玻璃纤维增强塑料、碳纤维复合材料、芳纶纤维增强塑料等。“玻璃纤维增强塑料在我国的市场、产值、应用都已达世界先进水平,各品种都能满足市场需求。而碳纤维复合材料则主要运用于航空航天领域,在国内发展很快。”中国材料研究学会咨询部主任唐见茂教授。复合材料横跨航天能源多领域树脂基复合材料早在1932年就出现在了美国,主要用于航空航天方面,直到第二次世界大战结束后,这种材料才开始扩展运用到民用领域。它的生产工艺也从最初的手糊成型技术,发展到目前纤维缠绕成型技术、真空袋和压力带成型技术、喷射成型技术多种工艺并存,树脂基复合材料的质量和生产效率大幅提高。而我国树脂基复合材料起步就显得较晚。从1958年才开始研究生产,首先用于军工制品,而后逐渐扩展到民用。另外,我国的生产工艺还是以国外引进为主。目前,树脂基复合材料产业作为新兴产业,已被列为我国“十二五新材料规划”的发展重点。规划提出了低成本、高比强、高比模和高稳定性的目标,希望攻克树脂基复合材料的原料制备、工业化生产及配套装备等共性关键问题。树脂基复合材料是多种物质的结合,具有多种物质的复合效应。具体表现方面,首先是质轻、力学性能好,具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能及减震性能好等优点。其次,可设计性优良。能够通过改变纤维的质量分数和分布方向、添加适当添加剂使物质潜在的性能集中到必要的方向上。再次,复合材料的耐化学腐蚀性、电性能、热性能都能表现出优良的状态。正因为复合材料有上述特性,被广泛地运用于航空航天、能源工业、建筑工业、轨道交通等领域,生产的产品包括汽车部件、飞机机翼、雷达、复合管道、风电叶片等。在树脂基复合材料中,玻璃纤维增强塑料在中国的市场比较成熟,其市场、产值、应用都已达世界先进水平,应用较为广泛。而碳纤维复合材料则属于一种高端应用,代表了一个国家的整体科技水平和工业化水平,主要应用于航空航天等领域。根据规划,到2015年,树脂基复合材料产量将达到530万吨,其中热固性复合材料产量300万吨,热塑性复合材料用量230万吨,将重点发展基础设施和建筑、能源及环保、交通运输及航天航空等相关的复合材料系列产品及其装备制造,特别注重新能源领域、海洋石油开发领域、电力建设领域、环保领域以及碳纤维复合材料为代表的先进复合材料的基础研究和应用研究与开发。

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