復(fù)合材料

     ont-family: sans-serif; font-size: 14px; line-height: 1.75em; text-indent: 2em;">一般定義的復(fù)合材料需滿(mǎn)足以下條件：

argin: 5px 0px; line-height: 1.75em; font-size: 14px; font-family: sans-serif; text-indent: 2em;">（i） 復(fù)合材料必須是人造的，是人們根據(jù)需要設(shè)計(jì)制造的材料；

（ii） 復(fù)合材料必須由兩種或兩種以上化學(xué)、物理性質(zhì)不同的材料組分，以所設(shè)計(jì)的形式、比例、分布組合而成，各組分之間有明顯的界面存在；

（iii）它具有結(jié)構(gòu)可設(shè)計(jì)性，可進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；

（iv） 復(fù)合材料不僅保持各組分材料性能的優(yōu)點(diǎn)，而且通過(guò)各組分性能的互補(bǔ)和關(guān)聯(lián)可以獲得單一組成材料所不能達(dá)到的綜合性能。 

復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類(lèi)。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹(shù)脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬。絲和硬質(zhì)細(xì)粒等

ist-paddingleft-2" style="margin: 0px; width: 395px; padding: 0px; font-family: sans-serif; font-size: 16px; float: left;">

• 中文名

• 復(fù)合材料

• 外文名

• Composite Material

• 特    點(diǎn)

• 各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短

• 分    類(lèi)

• 金屬和非金屬兩大類(lèi)

1. 1 歷史

2. 2 分類(lèi)

3. 3 性能

4. 4 成型方法

5. 5 應(yīng)用

6. ▪ 應(yīng)用領(lǐng)域

7. ▪ 發(fā)展和應(yīng)用

8. ▪ 增強(qiáng)材料

9. ▪ 玻璃纖維

10. ▪ 碳纖維

11. ▪ 芳綸纖維

12. ▪ 復(fù)合材料創(chuàng)新

13. ▪ 復(fù)合材料市場(chǎng)

14. ▪ 基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

15. ▪ 處理與再生

16. ▪ 汽車(chē)應(yīng)用

歷史

復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草或麥秸增強(qiáng)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱(chēng)玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱(chēng)。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹(shù)脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。

現(xiàn)代高科技的發(fā)展離不開(kāi)復(fù)合材料，復(fù)合材料 ［2］  對(duì)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，有著十分重要的作用。復(fù)合材料的研究深度和應(yīng)用廣度及其生產(chǎn)發(fā)展的速度和規(guī)模，已成為衡量一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)先進(jìn)水平的重要標(biāo)志之一。進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，全球復(fù)合材料市場(chǎng)快速增長(zhǎng)，亞洲尤其中國(guó)市場(chǎng)增長(zhǎng)較快。2003～2008年間中國(guó)年均增速為15％，印度為9．5％，而歐洲和北美年均增幅僅為4％。

第五代戰(zhàn)機(jī)復(fù)合材料

60年代，為滿(mǎn)足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等）為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料，其比強(qiáng)度大于4×10厘米（cm），比模量大于4×10cm。為了與第一代玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱(chēng)為先進(jìn)復(fù)合材料。按基體材料不同，先進(jìn)復(fù)合材料分為樹(shù)脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料。其使用溫度分別達(dá)250～350℃、350～1200℃和1200℃以上。先進(jìn)復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外，還可用作功能材料，如梯度復(fù) 合材料（材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料）、機(jī)敏復(fù)合材料（具有感覺(jué)、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料）、仿生復(fù)合材料、隱身復(fù)合材料等。

2007年中國(guó)（大陸）行業(yè)中，復(fù)合材料玻璃纖維產(chǎn)量160萬(wàn)噸，其中115．5萬(wàn)噸用于玻璃鋼（FRP）工業(yè)；不飽和聚酯樹(shù)脂（UPR）產(chǎn)量135萬(wàn)噸，其中68．8萬(wàn)噸用于玻璃鋼領(lǐng)域、占51％；乙烯基樹(shù)脂產(chǎn)量12640噸，膠衣樹(shù)脂產(chǎn)量15870噸。

2008年我國(guó)復(fù)合材料整個(gè)行業(yè)全年經(jīng)濟(jì)運(yùn)行平穩(wěn)，產(chǎn)量增長(zhǎng)達(dá)12％左右。行業(yè)規(guī)模以上企業(yè)全年實(shí)現(xiàn)工業(yè)增加值86．7億元，工業(yè)總產(chǎn)值258億元，新產(chǎn)品產(chǎn)值11．6億元，銷(xiāo)售產(chǎn)值253億元。

現(xiàn)階段，我國(guó)玻璃鋼、復(fù)合材料 ［3］  行業(yè)面臨一個(gè)新的大發(fā)展時(shí)期，如城市化進(jìn)程中大規(guī)模的市政建設(shè)、新能源的利用和大規(guī)模開(kāi)發(fā)、環(huán)境保護(hù)政策的出臺(tái)、汽車(chē)工業(yè)的發(fā)展、大規(guī)模的鐵路建設(shè)、大飛機(jī)項(xiàng)目等。在巨大的市場(chǎng)需求牽引下，復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將有很廣闊的發(fā)展空間。

從2010年年初起，國(guó)家發(fā)改委、科技部、財(cái)政部、工信部四部委聯(lián)合制定下發(fā)了《關(guān)于加快培育戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的決定》代擬稿，經(jīng)過(guò)半年的意見(jiàn)征求，主要領(lǐng)域從7個(gè)擴(kuò)為9個(gè)，其中“新材料”中分列了特種功能和高性能復(fù)合材料兩項(xiàng)。

在“十大產(chǎn)業(yè)振興規(guī)劃”之后，“戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)”已經(jīng)被認(rèn)為是振興經(jīng)濟(jì)的又一重大舉措，此后的政府大規(guī)模投資也被市場(chǎng)普遍期待，所以這也被認(rèn)為是繼國(guó)家“4萬(wàn)億”投資計(jì)劃之后又一個(gè)大型產(chǎn)業(yè)投資計(jì)劃。

分類(lèi)

復(fù)合材料是一種混合物。在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，代替了很多傳統(tǒng)的材料。復(fù)合材料按其組成分為金屬與金屬?gòu)?fù)合材料、非金屬與金屬?gòu)?fù)合材料、非金屬與非金屬?gòu)?fù)合材料。按其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)又分為：①纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強(qiáng)塑料、纖維增強(qiáng)金屬等。②夾層復(fù)合材料。由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強(qiáng)度高、薄；芯材質(zhì)輕、強(qiáng)度低，但具有一定剛度和厚度。分為實(shí)心夾層和蜂窩夾層兩種。③細(xì)粒復(fù)合材料。將硬質(zhì)細(xì)粒均勻分布于基體中，如彌散強(qiáng)化合金、金屬陶瓷等。④混雜復(fù)合材料。由兩種或兩種以上增強(qiáng)相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成。與普通單增強(qiáng)相復(fù)合材料比，其沖擊強(qiáng)度、疲勞強(qiáng)度和斷裂韌性顯著提高，并具有特殊的熱膨脹性能。分為層內(nèi)混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內(nèi)／層間混雜和超混雜復(fù)合材料。

復(fù)合材料主要可分為結(jié)構(gòu)復(fù)合材料和功能復(fù)合材料兩大類(lèi)。

結(jié)構(gòu)復(fù)合材料是作為承力結(jié)構(gòu)使用的材料，基本上由能承受載荷的增強(qiáng)體組元與能連接增強(qiáng)體成為整體材料同時(shí)又起傳遞力作用的基體組元構(gòu)成。增強(qiáng)體包括各種玻璃、陶瓷、碳素、高聚物、金屬以及天然纖維、織物、晶須、片材和顆粒等，基體則有高聚物（樹(shù)脂）、金屬、陶瓷、玻璃、碳和水泥等。由不同的增強(qiáng)體和不同基體即可組成名目繁多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并以所用的基體來(lái)命名，如高聚物（樹(shù)脂）基復(fù)合材料等。結(jié)構(gòu)復(fù)合材料的特點(diǎn)是可根據(jù)材料在使用中受力的要求進(jìn)行組元選材設(shè)計(jì)，更重要是還可進(jìn)行復(fù)合結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，即增強(qiáng)體排布設(shè)計(jì)，能合理地滿(mǎn)足需要并節(jié)約用材。

功能復(fù)合材料一般由功能體組元和基體組元組成，基體不僅起到構(gòu)成整體的作用，而且能產(chǎn)生協(xié)同或加強(qiáng)功能的作用。功能復(fù)合材料是指除機(jī)械性能以外而提供其他物理性能的復(fù)合材料。如：導(dǎo)電、超導(dǎo)、半導(dǎo)、磁性、壓電、阻尼、吸波、透波、磨擦、屏蔽、阻燃、防熱、吸聲、隔熱等凸顯某一功能。統(tǒng)稱(chēng)為功能復(fù)合材料。功能復(fù)合材料主要由功能體和增強(qiáng)體及基體組成。功能體可由一種或以上功能材料組成。多元功能體的復(fù)合材料可以具有多種功能。同時(shí)，還有可能由于復(fù)合效應(yīng)而產(chǎn)生新的功能。多功能復(fù)合材料是功能復(fù)合材料的發(fā)展方向。

復(fù)合材料也可分為常用和先進(jìn)兩類(lèi)。

常用復(fù)合材料如玻璃鋼，便是用玻璃纖維等性能較低的增強(qiáng)體與普通高聚物（樹(shù)脂）構(gòu)成。由于它的價(jià)格低廉，得以大量發(fā)展，已廣泛用于船舶、車(chē)輛、化工管道和貯罐、建筑結(jié)構(gòu)、體育用品等方面。

先進(jìn)復(fù)合材料指用高性能增強(qiáng)體如碳纖維、芳綸等于高性能耐熱高聚物構(gòu)成的復(fù)合材料，后來(lái)又把金屬基、陶瓷基和碳（石墨）基以及功能復(fù)合材料包括在內(nèi)。它們的性能雖然優(yōu)良，但價(jià)格相對(duì)較高，主要用于國(guó)防工業(yè)、航空航天、精密機(jī)械、深潛器、機(jī)器人結(jié)構(gòu)件和高檔體育用品等。 ［6］

性能

再生樹(shù)脂復(fù)合材料

復(fù)合材料中以纖維增強(qiáng)材料應(yīng)用最廣、用量最大。其特點(diǎn)是比重小、比強(qiáng)度和比模量大。例如碳纖維與環(huán)氧樹(shù)脂復(fù)合的材料，其比強(qiáng)度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性、減摩耐磨、自潤(rùn)滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹(shù)脂復(fù)合可得到熱膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強(qiáng)材料的另一個(gè)特點(diǎn)是各向異性，因此可按制件不同部位的強(qiáng)度要求設(shè)計(jì)纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料，在500℃時(shí)仍能保持足夠的強(qiáng)度和模量。碳化硅纖維與鈦復(fù)合，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損，可用作發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合， 使用溫度可達(dá)1500℃，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強(qiáng)碳、石墨纖維增強(qiáng)碳或石墨纖維增強(qiáng)石墨，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中。非金屬基復(fù)合材料由于密度小，用于汽車(chē)和飛機(jī)可減輕重量、提高速度、節(jié)約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)合材料片彈簧，其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當(dāng)。

成型方法

復(fù)合材料電纜支架

復(fù)合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹(shù)脂基復(fù)合材料的成型方法較多，有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、RTM成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成 型、反應(yīng)注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復(fù)合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。前者是在低于基體熔點(diǎn)溫度下，通過(guò)施加壓力實(shí)現(xiàn)成型，包括擴(kuò)散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。后者是將基體熔化后，充填到增強(qiáng)體材料中，包括傳統(tǒng)鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復(fù)合材料的成型方法主要有固相燒結(jié)、化學(xué)氣相浸滲成型、化學(xué)氣相沉積成型等。

應(yīng)用

應(yīng)用領(lǐng)域

verton復(fù)合材料

復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：①航空航天領(lǐng)域。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好，比強(qiáng)度、比剛度高，可用于制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線(xiàn)及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)能電池翼和外殼、大型運(yùn)載火箭的 殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。②汽車(chē)工業(yè)。由于復(fù)合材料具有特殊的振動(dòng)阻尼特性，可減振和降低噪聲、抗疲勞性能好，損傷后易修理，便于整體成形，故可用于制造汽車(chē)車(chē)身、受力構(gòu)件、傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件。③化工、紡織和機(jī)械制造領(lǐng)域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹(shù)脂基體復(fù)合而成的材料，可用于制造化工設(shè)備、紡織機(jī)、造紙機(jī)、復(fù)印機(jī)、高速機(jī)床、精密儀器等。④醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線(xiàn)特性，可用于制造醫(yī)用X光機(jī)和矯形支架等。碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環(huán)境下穩(wěn)定性好，也用作生物醫(yī)學(xué)材料。此外，復(fù)合材料還用于制造體育運(yùn)動(dòng)器件和用作建筑材料等。

發(fā)展和應(yīng)用

復(fù)合材料電纜支架

復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點(diǎn)，克服單一材料的缺陷，擴(kuò)大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強(qiáng)度高、加工成型方便、彈性?xún)?yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點(diǎn)，已逐步取代木材及金屬合金，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車(chē)、電子電氣、建筑、健身器材等領(lǐng)域，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。

隨著科技的發(fā)展，樹(shù)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(qiáng)復(fù)合材料的價(jià)格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強(qiáng)復(fù)合材料相繼問(wèn)世，使高分子復(fù)合材料家族更加完備，已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達(dá)550多萬(wàn)噸，年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上，若將歐、美的軍事航空航天的高價(jià)值產(chǎn)品計(jì)入，其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看，世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長(zhǎng)，而亞洲的日本則因經(jīng)濟(jì)不景氣，發(fā)展較為緩慢，但中國(guó)尤其是中國(guó)內(nèi)地的市場(chǎng)發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計(jì)，2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32％，年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸。與此同時(shí)，美國(guó)復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長(zhǎng)率約為美國(guó)GDP增長(zhǎng)率的2倍，達(dá)到4％～6％。2000年，美國(guó)復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸左右。特別是汽車(chē)用復(fù)合材料的迅速增加使得美國(guó)汽車(chē)在全球市場(chǎng)上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟(jì)的整體變化密切相關(guān)，各國(guó)的占有率變化很大。總體而言，亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長(zhǎng)，2000年的總產(chǎn)量約為145萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬(wàn)噸。

從應(yīng)用上看，復(fù)合材料在美國(guó)和歐洲主要用于航空航天、汽車(chē)等行業(yè)。2000年美國(guó)汽車(chē)零件的復(fù)合材料用量達(dá)14．8萬(wàn)噸，歐洲汽車(chē)復(fù)合材料用量到2003年估計(jì)可達(dá)10．5萬(wàn)噸。而在日本，復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè)，如衛(wèi)浴設(shè)備等，此類(lèi)產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7．5萬(wàn)噸，汽車(chē)等領(lǐng)域的用量?jī)H為2．4萬(wàn)噸。不過(guò)從全球范圍看，汽車(chē)工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶(hù)，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮?，目前還有許多新技術(shù)正在開(kāi)發(fā)中。例如，為降低發(fā)動(dòng)機(jī)噪聲，增加轎車(chē)的舒適性，正著力開(kāi)發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹(shù)脂的減振鋼板；為滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)向高速、增壓、高負(fù)荷方向發(fā)展的要求，發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、連桿、軸瓦已開(kāi)始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿(mǎn)足汽車(chē)輕量化要求，必將會(huì)有越來(lái)越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車(chē)制造業(yè)中。與此同時(shí)，隨著近年來(lái)人們對(duì)環(huán)保問(wèn)題的日益重視，高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進(jìn)一步推廣。例如，用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料，在北美已被大量用作托盤(pán)和包裝箱，用以替代木制產(chǎn)品；而可降解復(fù)合材料也成為國(guó)內(nèi)外開(kāi)發(fā)研究的重點(diǎn)。

另外，納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注，納米復(fù)合材料的研究開(kāi)發(fā)也成為新的熱點(diǎn)。以納米改性塑料，可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變，從而使之具有新的性能，在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時(shí)，大大提高了材料的綜合性能。

增強(qiáng)材料

樹(shù)脂基復(fù)合材料采用的增強(qiáng)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。

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(qiáng)度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強(qiáng)度玻璃纖維性?xún)r(jià)比較高，因此增長(zhǎng)率也比較快，年增長(zhǎng)率達(dá)到10％以上。高強(qiáng)度玻璃纖維復(fù)合材料不僅應(yīng)用在軍用方面，近年來(lái)民用產(chǎn)品也有廣泛應(yīng)用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機(jī)機(jī)翼、預(yù)警機(jī)雷達(dá)罩、各種高壓壓力容器、民用飛機(jī)直板、體育用品、各類(lèi)耐高溫制品以及近期報(bào)道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線(xiàn)等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強(qiáng)酚醛樹(shù)脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復(fù)合材料部件，大量應(yīng)用于火箭、導(dǎo)彈的防熱材料。迄今為止，中國(guó)已經(jīng)實(shí)用化的高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強(qiáng)度玻璃纖維三大增強(qiáng)纖維中，只有高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平，且擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。

碳纖維

碳纖維具有強(qiáng)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(lái)在運(yùn)動(dòng)器具和體育用品方面也廣泛采用。據(jù)預(yù)測(cè)，土木建筑、交通運(yùn)輸、汽車(chē)、能源等領(lǐng)域?qū)?huì)大規(guī)模采用工業(yè)級(jí)碳纖維。1997～2000年間，宇航用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)為31％，而工業(yè)用碳纖維的年增長(zhǎng)率估計(jì)會(huì)達(dá)到130％。中國(guó)的碳纖維總體水平還比較低，相當(dāng)于國(guó)外七十年代中、末期水平，與國(guó)外差距達(dá)20年左右。國(guó)產(chǎn)碳纖維的主要問(wèn)題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無(wú)高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長(zhǎng)度不夠、未經(jīng)表面處理、價(jià)格偏高等。

芳綸纖維

20世紀(jì)80年代以來(lái)，荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開(kāi)展了芳綸纖維的研制開(kāi)發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場(chǎng)，年增長(zhǎng)速度也達(dá)到20％左右。芳綸纖維比強(qiáng)度、比模量較高，因此被廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高性能復(fù)合材料零部件（如火箭發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如航空母艦、核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車(chē)（如輪胎簾子線(xiàn)、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運(yùn)輸帶、體育運(yùn)動(dòng)器材等。

超高分子量聚乙烯纖維

超高分子量聚乙烯纖維的比強(qiáng)度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學(xué)試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過(guò)性和耐海水腐蝕性，許多國(guó)家已用它來(lái)制造艦艇的高頻聲納導(dǎo)流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域，在汽車(chē)制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運(yùn)動(dòng)器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應(yīng)用前景。該纖維一經(jīng)問(wèn)世就引起了世界發(fā)達(dá)國(guó)家的極大興趣和重視。

熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料

熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料是指以熱固性樹(shù)脂如不飽和聚酯樹(shù)脂、環(huán)氧樹(shù)脂、酚醛樹(shù)脂、乙烯基酯樹(shù)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(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。環(huán)氧樹(shù)脂的特點(diǎn)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(jī)械強(qiáng)度，廣泛應(yīng)用于化工、輕工、機(jī)械、電子、水利、交通、汽車(chē)、家電和宇航等各個(gè)領(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)能力為130萬(wàn)噸，1996年遞增到143萬(wàn)噸，1997年為148萬(wàn)噸，1999年150萬(wàn)噸，2003年達(dá)到180萬(wàn)噸左右。中國(guó)從1975年開(kāi)始研究環(huán)氧樹(shù)脂，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，目前中國(guó)環(huán)氧樹(shù)脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家，總生產(chǎn)能力為50多萬(wàn)噸，設(shè)備利用率為80％左右。酚醛樹(shù)脂具有耐熱性、耐磨擦性、機(jī)械強(qiáng)度高、電絕緣性?xún)?yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性?xún)?yōu)異等特點(diǎn)，因而在復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。1997年全球酚醛樹(shù)脂的產(chǎn)量為300萬(wàn)噸，其中美國(guó)為164萬(wàn)噸。中國(guó)的產(chǎn)量為18萬(wàn)噸，進(jìn)口4萬(wàn)噸。乙烯基酯樹(shù)脂是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來(lái)的一類(lèi)新型熱固性樹(shù)脂，其特點(diǎn)是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機(jī)械強(qiáng)度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹(shù)脂有限公司引進(jìn)荷蘭Atlac系列強(qiáng)耐腐蝕性乙烯基酯樹(shù)脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復(fù)合材料有限公司、上海新華樹(shù)脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹(shù)脂。

1971年以前中國(guó)的熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料工業(yè)主要是軍工產(chǎn)品，70年代后開(kāi)始轉(zhuǎn)向民用。從1987年起，各地大量引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線(xiàn)及各種牌號(hào)的聚酯樹(shù)脂（美、德、荷、英、意、日）和環(huán)氧樹(shù)脂（日、德）生產(chǎn)技術(shù)；在成型工藝方面，引進(jìn)了纏繞管、罐生產(chǎn)線(xiàn)、拉擠工藝生產(chǎn)線(xiàn)、SMC生產(chǎn)線(xiàn)、連續(xù)制板機(jī)組、樹(shù)脂傳遞模塑（RTM）成型機(jī)、噴射成型技術(shù)、樹(shù)脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線(xiàn)等，形成了從研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系，截止2000年底，中國(guó)熱固性樹(shù)脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達(dá)3000多家，已有51家通過(guò)ISO9000質(zhì)量體系認(rèn)證，產(chǎn)品品種3000多種，總產(chǎn)量達(dá)73萬(wàn)噸／年，居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運(yùn)輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面，有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運(yùn)輸方面，汽車(chē)上主要有車(chē)身、引擎蓋、保險(xiǎn)杠等配件，火車(chē)上有車(chē)廂板、門(mén)窗、座椅等，船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等；在機(jī)械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機(jī)、軸流風(fēng)機(jī)、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當(dāng)?shù)囊?guī)模；在航空航天及軍事領(lǐng)域，輕型飛機(jī)、尾翼、衛(wèi)星天線(xiàn)、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚(yú)雷等都取得了重大突破。

熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料

pvd復(fù)合材料

熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來(lái)的，主要有長(zhǎng)纖維增強(qiáng)粒料（LFP）、連續(xù)纖維增強(qiáng)預(yù)浸帶（MITT）和玻璃纖維氈增強(qiáng)型熱塑性復(fù)合材料（GMT）。根據(jù)使用要求不同，樹(shù)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(lèi)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(shù)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(shì)，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達(dá)國(guó)家熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹(shù)脂基復(fù)合材料總量的30％以上。

高性能熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料以注射件居多，基體以PP、PA為主。產(chǎn)品有管件（彎頭、三通、法蘭）、閥門(mén)、葉輪、軸承、電器及汽車(chē)零件、擠出成型管道、GMT模壓制品（如吉普車(chē)座椅支架）、汽車(chē)踏板、座椅等。玻璃纖維增強(qiáng)聚丙烯在汽車(chē)中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過(guò)濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動(dòng)皮帶保護(hù)罩等。

滑石粉填充的PP具有高剛性、高強(qiáng)度、極好的耐熱老化性能及耐寒性?；墼鰪?qiáng)PP在車(chē)內(nèi)裝飾方面有著重要的應(yīng)用，如用作通風(fēng)系統(tǒng)零部件，儀表盤(pán)和自動(dòng)剎車(chē)控制杠等，例如美國(guó)HPM公司用20％滑石粉填充PP制成的蜂窩狀結(jié)構(gòu)的吸音天花板和轎車(chē)的搖窗升降器卷繩筒外殼。

印度研發(fā)復(fù)合材料武裝直升機(jī)

云母復(fù)合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩(wěn)定以及低密度、低價(jià)格等特點(diǎn)，利用云母／聚丙烯復(fù)合材料可制作汽車(chē)儀表盤(pán)、前燈保護(hù)圈、擋板罩、車(chē)門(mén)護(hù) 欄、電機(jī)風(fēng)扇、百葉窗等部件，利用該材料的阻尼性可制作音響零件，利用其屏蔽性可制作蓄電池箱等。

中國(guó)的熱塑性樹(shù)脂基復(fù)合材料的研究開(kāi)始于20世紀(jì)80年代末期，近十年來(lái)取得了快速發(fā)展，2000年產(chǎn)量達(dá)到12萬(wàn)噸，約占樹(shù)脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17％，，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強(qiáng)材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復(fù)合材料方面未能有重大突破，與發(fā)達(dá)國(guó)家尚有差距。

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(shù)脂基體發(fā)展創(chuàng)新、增強(qiáng)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(xiāo)售量的比例將從18％增加到25％，目前亞洲人均消費(fèi)量?jī)H為0．29kg，而美國(guó)為6．8kg，亞洲地區(qū)具有極大的增長(zhǎng)潛力。

聚丙烯腈基纖維發(fā)展

中國(guó)碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢，從CF發(fā)展回顧、特點(diǎn)、國(guó)內(nèi)碳纖維發(fā)展過(guò)程、中國(guó)PAN基CF市場(chǎng)概況、特點(diǎn)、“十五”科技攻關(guān)情況看，發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。

玻璃纖維結(jié)構(gòu)調(diào)整

中國(guó)玻璃纖維70％以上用于增強(qiáng)基材，在國(guó)際市場(chǎng)上具有成本優(yōu)勢(shì)，但在品種規(guī)格和質(zhì)量上與先進(jìn)國(guó)家尚有差距，必須改進(jìn)和發(fā)展紗類(lèi)、機(jī)織物、無(wú)紡氈、編織物、縫編織物、復(fù)合氈，推進(jìn)玻纖與玻鋼兩行業(yè)密切合作，促進(jìn)玻璃纖維增強(qiáng)材料的新發(fā)展。

復(fù)合材料市場(chǎng)

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(chē)、城市軌道交通用復(fù)合材料，包括汽車(chē)車(chē)身、構(gòu)架和車(chē)體外覆蓋件，軌道交通車(chē)體、車(chē)門(mén)、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機(jī)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(jī)翼部件、垂直尾翼、機(jī)頭罩等。中國(guó)未來(lái)20年間需新增支線(xiàn)飛機(jī)661架，將形成民航客機(jī)的大產(chǎn)業(yè)，復(fù)合材料可建成新產(chǎn)業(yè)與之相配套；四是船艇用復(fù)合材料，主要為游艇和漁船，游艇作為高級(jí)娛樂(lè)耐用消費(fèi)品在歐美有很大市場(chǎng)，由于中國(guó)魚(yú)類(lèi)資源的減少、漁船雖發(fā)展緩慢，但復(fù)合材料特有的優(yōu)點(diǎn)仍有發(fā)展的空間。

基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用

國(guó)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(diǎn)，特別是在橋梁上和在房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲(chǔ)倉(cāng)修補(bǔ)和加固中市場(chǎng)廣闊。

處理與再生

重點(diǎn)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(qiáng)技術(shù)路線(xiàn)、綜合處理技術(shù)研究，示范生產(chǎn)線(xiàn)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。

21世紀(jì)的高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)是賦予復(fù)合材料自修復(fù)性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開(kāi)發(fā)高剛度、高強(qiáng)度、高濕熱環(huán)境下使用的復(fù)合材料為重點(diǎn)，構(gòu)筑材料、成型加工、設(shè)計(jì)、檢查一體化的材料系統(tǒng)。組織系統(tǒng)上將是聯(lián)盟和集團(tuán)化，這將更充分的利用各方面的資源（技術(shù)資源、物質(zhì)資源），緊密聯(lián)系各方面的優(yōu)勢(shì)，以推動(dòng)復(fù)合材料工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

汽車(chē)應(yīng)用

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，具有輕質(zhì)、高強(qiáng)度、耐腐蝕、易合成型等優(yōu)點(diǎn)的非金屬材料越來(lái)越多的取代傳統(tǒng)的金屬材料，在汽車(chē)上得到了應(yīng)用。在汽車(chē)工業(yè)中非金屬材料有塑料、橡膠、摩擦材料、涂料、膠黏劑、復(fù)合材料、玻璃、紡織材料、密封材料及潤(rùn)滑油等。其中汽車(chē)用復(fù)合材料在汽車(chē)工業(yè)中越來(lái)越得到廣泛的重視和應(yīng)用，而且有著一定的市場(chǎng)開(kāi)發(fā)前景。

車(chē)用復(fù)合材料的特點(diǎn)

一般稱(chēng)為復(fù)合材料的是由纖維等增強(qiáng)材料與基底（母體）等2種或2種以上性質(zhì)不同的材料，通過(guò)各種工藝手段組合而成。它與纖維增強(qiáng)塑料（FRP）、纖維增強(qiáng)金屬（FRM）、金屬－塑料層疊材料等相當(dāng)，具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、剛度好的特點(diǎn)，這些復(fù)合材料在汽車(chē)零部件上應(yīng)用很盛行。

復(fù)合材料是并向異性的非均質(zhì)材料，與其他材料相比有以下突出特點(diǎn)：

1）比強(qiáng)度與比模量高。比強(qiáng)度、比模量是指材料的強(qiáng)度和模量與密度之比，比強(qiáng)度越高，零件自重越??；比模量越高，零件的剛性越大。因此對(duì)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)構(gòu)件或需減輕自重的運(yùn)輸工具具有重要意義。

2）纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中的纖維與基體間的界面能夠有效地阻止疲勞裂紋的擴(kuò)展，外加載荷由增強(qiáng)纖維承擔(dān)。大多數(shù)金屬材料的疲勞強(qiáng)度極限是其拉伸強(qiáng)度的30％～50％，而復(fù)合材料則可達(dá)到60％～80％。

3）在熱塑性塑料中摻入少量的短切碳纖維可大大地提高它的耐磨性，其增加的倍數(shù)可為原來(lái)的好幾倍。如聚氯乙烯以碳纖維增強(qiáng)后為其本身的3．8倍，聚四氟乙烯為其本身的3倍；聚丙烯為其本身的2．5倍；聚酰胺為其本身的1．2倍；聚酯為其本身的2倍。選用適當(dāng)塑料與鋼板復(fù)合可作耐磨物件，如軸承材料等。用聚四氟乙烯（或聚甲醛）為表層、多孔青銅和鋼板為里層的三層復(fù)合材料，可制成滑動(dòng)軸承的良好材料。

4）化學(xué)穩(wěn)定性?xún)?yōu)良。纖維增強(qiáng)酚醛塑料可長(zhǎng)期在含氯離子的酸性介質(zhì)中使用，用玻璃纖維增強(qiáng)塑料，可制造耐強(qiáng)酸、鹽、酯和某些溶劑的化工管道、泵、閥及容器等設(shè)備。如用耐堿纖維與塑料復(fù)合，還能在強(qiáng)堿介質(zhì)中使用。耐堿纖維可用來(lái)取代鋼筋與水泥復(fù)合。

5）耐高溫?zé)g性好。纖維增強(qiáng)復(fù)合材料中，除玻璃纖維軟化點(diǎn)較低（700～900℃）外，其他纖維的熔點(diǎn)（或軟化點(diǎn)）一般都在2000℃以上，用這些纖維與金屬基體組成的復(fù)合材料，高溫下強(qiáng)度和模量均有提高。例如：用碳纖維或硼纖維增強(qiáng)后，400℃時(shí)強(qiáng)度和模量基本可保持室溫下水平。同樣用碳纖維增強(qiáng)金屬鎳，不僅密度下降，而且高溫性能也提高。由于玻璃鋼具有極低的導(dǎo)熱系數(shù)，可瞬時(shí)耐超高溫，故可做耐燒蝕材料。

6）工藝性與可設(shè)計(jì)性好。調(diào)整增強(qiáng)材料的形狀、排布及含量，可滿(mǎn)足構(gòu)件強(qiáng)度和剛度等性能要求，且材料與構(gòu)件可一次成型，減少了零部件、緊固件和接頭數(shù)目，材料利用率大大提高。

復(fù)合材料的作用和性能

復(fù)合材料與傳統(tǒng)材料相比，具有比強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、比模量高、抗疲勞性能好及減振性能好等諸多優(yōu)點(diǎn)。復(fù)合材料的各個(gè)組成材料在性能上起協(xié)同作用，具有單一材料無(wú)法比擬的優(yōu)越綜合性能。因此，在汽車(chē)工業(yè)中，復(fù)合材料被廣泛應(yīng)用于車(chē)身、燈殼罩、前后護(hù)板、保險(xiǎn)杠、板彈簧、座椅架及驅(qū)動(dòng)軸等部件的設(shè)計(jì)與制造。

在汽車(chē)工業(yè)中的復(fù)合材料設(shè)計(jì)應(yīng)注意3個(gè)原則：1）比強(qiáng)度高和比剛度高；2）材料與環(huán)境相適應(yīng)；3）性?xún)r(jià)比高。另外，在設(shè)計(jì)車(chē)身時(shí)，有一些經(jīng)驗(yàn)方法，如：在應(yīng)力高的區(qū)域適用碳纖維復(fù)合材料；在對(duì)韌性和剛度要求比較高的區(qū)域使用三合板復(fù)合材料；在幾何形狀復(fù)雜的區(qū)域可以使用層合板。

復(fù)合材料性能適合車(chē)身輕量化的要求，降低油耗。傳統(tǒng)的汽車(chē)車(chē)身材料處于以薄鋼板為主的單一狀態(tài)，不能適應(yīng)人們追求高速與輕量化的要求，為減輕其質(zhì)量，改善風(fēng)阻系數(shù)和降低油耗，許多汽車(chē)廠家都積極研究和利用新材料以達(dá)到上述要求。汽車(chē)自重減少50kg，1L燃油行駛距離可增加2Km；若自重減少10％，燃油經(jīng)濟(jì)性可提高約5．5％。許多類(lèi)型的復(fù)合材料都在車(chē)身輕量化過(guò)程中得到了施展才能的舞臺(tái)，并在汽車(chē)的輕量化進(jìn)程中大顯生手。汽車(chē)輕量化的目的就是節(jié)能和減輕排放污染。同時(shí)環(huán)境保護(hù)已成為可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略必不可少的條件，而復(fù)合材料的發(fā)展趨勢(shì)正朝著延長(zhǎng)使用期以及可再生的方向發(fā)展。

研發(fā)中的復(fù)合材料

1）碳纖維強(qiáng)化塑料（CFRP）。碳纖維由纖維和聚丙烯睛經(jīng)高溫加熱處理制造而成，具有耐熱性高，比重比鋁和玻璃纖維還小，而且與塑料復(fù)合其強(qiáng)度可與鋼和鋁相匹敵。可是CFRP的成本與GFRP（玻璃纖維增強(qiáng)塑料）相比，遠(yuǎn)高很多，大多限于航空宇宙和體育用品范圍內(nèi)使用。

1979年，美國(guó)福特汽車(chē)公司發(fā)表了用GFRP制作輕型實(shí)驗(yàn)車(chē)的新構(gòu)想（見(jiàn)圖1），其中使用CFRP約300kg，燃費(fèi)約可降低35％。該實(shí)驗(yàn)車(chē)主要是將CFRP材料應(yīng)用于車(chē)體面板，其他是傳動(dòng)軸和板彈簧等功能性零件，同時(shí)，還嘗試在發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體和連桿、活塞等零部件上應(yīng)用。CFRP材料質(zhì)輕，剛度和強(qiáng)度也高，因材料的各向異性，設(shè)計(jì)時(shí)，可在所需的方向保持其強(qiáng)度和剛性。CFRP的彈性模量是GFRP的4～9倍，是金屬材料的3～4倍。如果成批生產(chǎn)，成本將進(jìn)一步下降，故而它將是一種期望很高的復(fù)合材料。

2）纖維增強(qiáng)金屬（FRM）。CFRP與GFRP具有各種優(yōu)越的機(jī)械性能，但其基底是塑料，與金屬相比耐熱性差。因此，作為高溫強(qiáng)度材料使用的FRM的研究十分盛行，并且揭開(kāi)了可將其在汽車(chē)上使用的可能性。增強(qiáng)纖維有：碳元素、碳化硅、硼、氧化鋁等?；?，開(kāi)始有鋁、銅及鎳，后又有與各種目的相適應(yīng)的鈦、鎂、鋅及錫等。增強(qiáng)纖維與各種金屬相結(jié)合，將制造出各種特性的FRM。現(xiàn)正進(jìn)行將FRM應(yīng)用于活塞、連桿及其他一些滑動(dòng)零件的研究。因這種纖維價(jià)格高，以及還未達(dá)到成批生產(chǎn)的規(guī)模，它作為高溫強(qiáng)度好的材料，其利用價(jià)值是相當(dāng)高的。

3）金屬－塑料層輯材料。將高強(qiáng)度鋼板和鋁、塑料等緊密結(jié)合在一起的材料是種理想的輕型材料，也是種夾層結(jié)構(gòu)的層疊材料。由于它是在塑料芯的兩面粘結(jié)上薄鋼板或鋁板，具自?xún)?yōu)越的隔熱和隔音性能。層疊材料，它叫發(fā)揮與鋼板相匹敵的剛性好的特點(diǎn)，它由塑料芯兩面的金屬板承受彎曲應(yīng)力，由塑料芯材承受剪切應(yīng)力。在同樣剛性下，層疊鋼板與一般鋼板相比，質(zhì)量是其30％～－70％， 如果對(duì)于層疊板質(zhì)量有一定限制要求時(shí)，可由改變芯兩面的金屬板與芯板的厚度等來(lái)解決。層疊材料的成本一般是鋼板的1～3倍，但它還存在一些需要解決的問(wèn)題，如：使用在車(chē)體面板時(shí)，與各面板如何粘結(jié)拼合；在其表面金屬鋼板銹蝕時(shí)，剛性會(huì)降低等。然而隨著層疊材料研究開(kāi)發(fā)的進(jìn)步，使它實(shí)用化將有很大的可能性。

4）車(chē)用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。由于增強(qiáng)材料和填充材料品種繁多，因此將使用玻纖當(dāng)做增強(qiáng)材料的材料稱(chēng)為GFRR。由于玻纖的加入大大地改善了塑料的物理機(jī)械性能，通過(guò)塑料經(jīng)過(guò)增強(qiáng)后，也能作為工程材料應(yīng)用。目前汽車(chē)上使用的玻纖增強(qiáng)塑料主要有玻纖增強(qiáng)PP、玻纖增強(qiáng)PA66或PA6以及少量PBT和PPO材料。汽車(chē)上應(yīng)用的玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料包括玻璃纖維增強(qiáng)熱塑性材料、玻璃纖維氈增強(qiáng)熱塑性材料（GMT）、片狀模塑材料（SMC）、樹(shù)脂傳遞模塑材料（RTM）以及手糊FRP制品。

增強(qiáng)PP主要用于制作發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇葉片和正時(shí)齒帶上下罩蓋等制品，但有些制品存在外觀質(zhì)量不好、翹曲等缺欠，因此非功能件逐漸被滑石粉添充PP所替代。增強(qiáng)PA材料在轎車(chē)、廂式車(chē)及載貨車(chē)上都已采用，一般都是用于制作些小的功能件，例如：鎖體防護(hù)罩、保險(xiǎn)楔塊、嵌裝螺母、油門(mén)踏板、換擋上下護(hù)架－防護(hù)罩和開(kāi)啟手柄等。GMT是目前國(guó)際上極為活躍的復(fù)合材料開(kāi)發(fā)品種，這是種以熱塑性樹(shù)脂為基體，以玻璃纖維氈為增強(qiáng)骨架的新穎、節(jié)能及輕質(zhì)的復(fù)合材料，一般可以生產(chǎn)出片材半成品，然后直接加工成所需形狀的產(chǎn)品，纖維可以是短切玻璃纖維或連續(xù)的玻璃纖維氈。

SMC是一種較重要且用途廣的模壓復(fù)合材料制品的半成品。與鋼制汽車(chē)零件相比，SC生產(chǎn)周期短，便于汽車(chē)改型，投資效益好；質(zhì)量較輕，節(jié)約燃油；設(shè)計(jì)自由；制件的整體性好，零件的數(shù)量很少；耐用性和隔熱性好。但是SMC不可以回收，污染環(huán)境；雖然性能價(jià)格比較好，但一次性投資往往高于對(duì)應(yīng)的鋼制件，如福特金牛座和水星黑貂轎車(chē)前圍里的下散熱器托架，原鋼制的有22個(gè)零件，而SMC的只有2件，質(zhì)量大減，成本降低14％。

盡管許多汽車(chē)廠在生產(chǎn)汽車(chē)車(chē)身時(shí)都已改用由玻璃纖維為增強(qiáng)的材料來(lái)替代相對(duì)笨重的金屬，但是玻璃纖維是由熔融玻璃拉成的纖維，它在高溫融化后非常容易重新凝固，這給廢舊汽車(chē)回收處理帶來(lái)了很大困難。為此，法國(guó)國(guó)家科學(xué)研究中心正在研究一種以大麻和聚氨酯為原料的合成材料，這種材料的特點(diǎn)是除具有金屬和玻璃纖維各有的優(yōu)點(diǎn)外，價(jià)格更便宜，質(zhì)量更輕，韌度更強(qiáng)，而且叫以生物降解?，F(xiàn)在，該中心正在對(duì)這種材料的強(qiáng)度及其他特性進(jìn)行測(cè)試，一期目標(biāo)是用這種材料生產(chǎn)出汽車(chē)車(chē)門(mén)。

汽車(chē)中的金屬基復(fù)合材料

MMC用于汽車(chē)工業(yè)主要是顆粒增強(qiáng)和短纖維增強(qiáng)的鋁基復(fù)合材料。MMC具有高的比強(qiáng)度和比剛度、耐磨性好、導(dǎo)熱性好及熱膨脹系數(shù)低等特性，已在工業(yè)中得到了較為廣泛的應(yīng)用。應(yīng)用于汽車(chē)工業(yè)的MMC為鋁或鎂基質(zhì)加粉末或碎屑纖維增強(qiáng)。在汽車(chē)制動(dòng)盤(pán)、制動(dòng)鼓、制動(dòng)鉗、活塞、傳動(dòng)軸以及輪胎螺栓上，采用MMC制造。

目前，鋁基復(fù)合材料一般采用鋁硅合金。常用的填充增強(qiáng)劑有陶瓷纖維和微粒等。它與鋁合金相比具有質(zhì)量輕、比強(qiáng)度高和彈性模量高、耐熱性和耐磨性好等優(yōu)點(diǎn)，是汽車(chē)輕量化的理想材料。

活塞是發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零件之一，它在高溫高壓下工作，因而選合適的活塞材料是至關(guān)重要的。目前，應(yīng)用于活塞的復(fù)合材料由低密度金屬和增強(qiáng)陶瓷纖維組成，主要用于高性能鋁活塞。近年來(lái)，有所發(fā)展的是纖維增強(qiáng)金屬（FRM），鋁合金基FRM具有抗拉強(qiáng)度高和耐磨耐熱特性。纖維增強(qiáng)的輕金屬能用于僅靠輕合金不能滿(mǎn)足強(qiáng)度和耐磨性的部位上，是很有發(fā)展前途的材料。在此基礎(chǔ)上，圍外又推出了氧化鋁纖維增強(qiáng)活塞頂?shù)匿X活塞及氧化鋁增強(qiáng)的鎂合金制造的活塞等，進(jìn)一步擴(kuò)大了它在活塞上的應(yīng)用。

美國(guó)已將鋁基復(fù)合材料應(yīng)用于剎車(chē)輪。其特點(diǎn)是鋁基復(fù)合材料使質(zhì)量減輕了30％～60％，導(dǎo)熱性好，最高使用溫度叫達(dá)到450℃，其熱性能己達(dá)到原先使用的鑄鐵水平。MMC必須用新的方法制造，限制應(yīng)用的原理是是必須研制匹配的制動(dòng)踏板。制動(dòng)鉗采用金屬基復(fù)合材料制造時(shí)，除了降低質(zhì)量外，最主要的益處是剛度。MMC制動(dòng)鉗應(yīng)用于高性能體育賽車(chē)上，由于高成本而限制了其大量應(yīng)用。MMC活塞主要用于柴油機(jī)上，但也可用于汽油發(fā)動(dòng)機(jī)。因氧化鋁和氧化硅短纖維增強(qiáng)，但是熱疲勞易導(dǎo)致斷裂。采用陶瓷纖維預(yù)型坯可弱化這一問(wèn)題，提高活塞壽命。

輪胎螺栓采用MMC制造，質(zhì)量減輕50％。2000年世界汽車(chē)工業(yè)對(duì)金屬基復(fù)合材料的用量達(dá)到0．6萬(wàn)t。隨著復(fù)合材料制備技術(shù)、性能的不斷提高，以及價(jià)格的日益下降，MMC必將在汽午上得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

復(fù)合材料與車(chē)身懸架系統(tǒng)

20世紀(jì)60年代以后，由于復(fù)合材料的深入研究，比如玻璃纖維增強(qiáng)材料、碳纖維增強(qiáng)材料及高彈性基體復(fù)合材料的出現(xiàn)，使大幅度降低整車(chē)質(zhì)量成為可能。其中，玻璃纖維增強(qiáng)材料被較多的采用，原因是雖然碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料力學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定，然而其價(jià)格昂貴，從經(jīng)濟(jì)性考慮，盡量多的使用玻璃纖維增強(qiáng)材料是一條設(shè)計(jì)準(zhǔn)則。

在最近幾年的車(chē)身制造業(yè)中，許多汽車(chē)公司開(kāi)始大量使用一種叫SMC鈑金復(fù)合成型的復(fù)合材料，低密度SMC的密度只有1．3g／cm，而它的熱膨脹系數(shù)卻與鋼鐵一樣，同時(shí)，它在耐腐蝕、抗損傷以及聲學(xué)性質(zhì)上均優(yōu)于鋼鐵。比如雪弗蘭的車(chē)型C5卡福特的金屬車(chē)頂，自1999年出產(chǎn)以后，取得了巨大的商業(yè)成功。這個(gè)長(zhǎng)140 cm，寬1．47 cm，頂部厚度0．168 cm，內(nèi)板厚0．178 cm的框架頂部是普通SMC，側(cè)面及內(nèi)板由低密度SMC構(gòu)成，它僅重10．5 kg。然而，SMC也有缺點(diǎn)，它的價(jià)格比較昂貴，同時(shí)在抗磨損的性能上比不上碳纖維復(fù)合材料。另外，高溫時(shí)，會(huì)部分喪失承載能力。針對(duì)這些弱點(diǎn)，許多新型的SMC被開(kāi)發(fā)出來(lái)，其中，SMC3374是 一種較典型的材料，它的密度仍然維持在1．3 g／cm左右，然而它在93．3℃能夠保持住75％的力學(xué)性能，與原來(lái)的SMC只能在65．5℃保持有了明顯的提高。因此，在2001奧德汽車(chē)極光，龐帝阿克－邦奈威勒2000以及2000別克－薩羅上，都采用了SMC3374材料。

從以上的分析不難看出，SMC僅適用于制造車(chē)身上溫度不高且承受的載荷不大的區(qū)域，比如頂部和側(cè)面。而底部以及高溫區(qū)域，就需要能夠抗高溫和耐高壓的復(fù)合材料了。

戴爾福公司在1981年生產(chǎn)出第一個(gè)采用復(fù)合材料小彎曲的板撣簧。小彎曲材料有很高的剛度，也就是說(shuō)，在很大的壓力下，它的應(yīng)變卻可以保持在很小的范圍內(nèi)，同時(shí)它的密度很小，只有鋼材的50％～70％，因此，小彎曲材料的承載與自身質(zhì)量之比是鋼材的5倍。另外，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，它比鋼材要堅(jiān)硬3．5倍。這些優(yōu)點(diǎn)都是由材料性能直接帶來(lái)的，除此之外，復(fù)合材料板撣簧要比鋼板彈簧的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單得多，很容易裝配，維修以及采取防腐措施。而且，由于它比鋼板彈簧小得多的厚度，使它叫以更接近地面，從而節(jié)省了汽車(chē)的有效空間。必要時(shí)，更可以用來(lái)降低汽車(chē)的底盤(pán)，提高汽車(chē)的舒適性能。

高溫下材料的性能，一直是材料選擇的因素。測(cè)試結(jié)果顯示，車(chē)下板彈簧處的溫度最高可以達(dá)到130℃，小彎曲材料在這個(gè)溫度下性能是穩(wěn)定的。正是基于以上的諸多優(yōu)點(diǎn)，小彎曲材料被廣泛應(yīng)用于制造汽車(chē)的板彈簧，從轎車(chē)到輕型貨車(chē)，甚至重型商業(yè)運(yùn)輸車(chē)都采用了這種板撣簧。

復(fù)合材料與未來(lái)汽車(chē)

未來(lái)的汽車(chē)是屬于適應(yīng)環(huán)境保護(hù)的綠色汽車(chē)，因而在此不可避免的要提到復(fù)合材料的環(huán)保意識(shí)。復(fù)合材料能提高材料性能，延長(zhǎng)使用期，加強(qiáng)功能性，這些都是對(duì)環(huán)境有利的特性。但應(yīng)認(rèn)真對(duì)待并努力克服復(fù)合材料的再生問(wèn)題，使復(fù)合材料朝著環(huán)境協(xié)調(diào)化的方向發(fā)展。

復(fù)合材料零件的再生利用是非常難的事，會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生些不利的影響。如目前發(fā)展最快、應(yīng)用最高的聚合物基復(fù)合材料中絕大多數(shù)屬易燃物，燃燒時(shí)會(huì)放出大量有毒氣體，污染環(huán)境；且在成型時(shí)，基體中的揮發(fā)成分即溶劑會(huì)擴(kuò)散到空氣中，造成污染。復(fù)合材料使用本身就是多種組分材料構(gòu)成，屬多相材料，難以粉碎、磨細(xì)、熔融及降解，復(fù)合零件首先分解成單一材料的零件，然而這種分解工藝成本和再生成本較高，而且要使其恢復(fù)原有性能十分困難。因此再生利用的主要條件之一是零件容易拆卸，盡可能是單一品種材料，即便是復(fù)合材料也要盡量使用復(fù)合性少的材料?；谏鲜鲈瓌t上的考慮，熱塑性聚烯烴彈性體、聚丙烯發(fā)泡材料及GMT增強(qiáng)板材的應(yīng)用量還會(huì)大幅度增加，相反熱固性樹(shù)脂的用量將受到限制。目前在再生性和降解性方面的研究工作已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展。當(dāng)今社會(huì)，人們目光的角度逐漸轉(zhuǎn)到人與自然的關(guān)系問(wèn)題上，環(huán)境與能源問(wèn)題成為世界上每個(gè)國(guó)家能否生存和發(fā)展的關(guān)鍵。隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高以及符合環(huán)保法規(guī)的相繼出臺(tái)，綠色汽車(chē)已經(jīng)成為未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的必然趨勢(shì)，因而如何使汽車(chē)滿(mǎn)足環(huán)境保護(hù)的要求，便提到了汽車(chē)廠商們的議事日程。而復(fù)合材料作為末來(lái)汽車(chē)材料發(fā)展的主流，必將在其中扮演非常重要的角色。