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来世纪复合材料面临的机遇与挑战(4)

2017-09-17 03:16
这些新的生长点无疑将在来世纪中崭露头角。

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二、复合材料在来世纪中将遭遇的挑战

尽管复合材料由于自身的上风在来世纪中将会获得上述很多机遇，
但是不可否认复合材料也存在一些不足之处，肯定会受到其他通用材
料的如金属、高分子材料等的激烈竞争和挑战。复合材料存在以下两
个主要题目，如不加以根本解决将严重制约它的发展。

（一）本钱偏高影响竞争力

由于复合材料是以两种或者两种以上的原材料复合必然带来工艺
上的复杂性和加长了工艺周期、加上所用原材料较贵，特别是先进复
合材料用的增强体如碳纤维、芳酰胺纤维以及耐高温树脂如聚酰亚胺
等皆因生产规模小以至价格昂贵。所以要使复合材料具有持续发展的
生命力，必须首先要降低本钱。这样才能不断扩大应用范围，以其突
出优良的性质和适中的价格和其他材料竞争。

目前世界各国都在致力于研究降低本钱的措施，在原材料中由于
增强体在本钱中占的比重较大，所以世界上各大增强纤维的天生厂都
在努力扩大产量使之能达到经济规模。例如荷兰的阿克苏公司的芳酰
胺由于扩大到15000吨/年，其价格明显降低且扩大了市场。碳纤维的
生产厂也都纷纷把产量扩大到年产千吨以上以降低本钱，特别是最近
出现的以民用大丝束聚丙烯腈为原料来制造中等性能碳纤维的趋势，
使碳纤维的生产摆脱过往用昂贵的特殊专用原料丝的局面，从而大幅
度降低了本钱，并有继续大幅降价的潜力，这样使以碳纤维为增强体
的复合材料大大扩展了应用范围，尤其可应用到建筑产业中。因此在
原材料降低价格方面来世纪将有明显改观。

复合材料的加工工艺相对复杂和工艺周期长的题目也是导致本钱

（转载自http://zw.NSEAC.com科教作文网）

高的关键，因此也是当前研究的热门课题，而且已有所突破。例如用
树脂转移法工艺即把未固化的树脂在低粘度情况下注进放在模型中的
增强预成模型体中。这样既能够达到设备投资小、模具制造简单而价
廉、生产能耗低周期短、制品内在与外观质量高以及对环境污染小等
效果。这种工艺目前已经对复合材料产业产生很大的有利影响。目前
还在推广到与气袋成型工艺结合、扩大树脂基体的应用范围和解决大
型薄避件的工艺题目。此外其他的快速工艺方法如电子束固化、增强
型反应注射成型以及连续缠绕与拉挤等成型技术也在研究与扩大应用
之中，估计不久的将来复合材料成型工艺会出现崭新的面貌，迎接下
世纪的到来。

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（二）可靠性相对较差影响应用面

复合材料目前存在的另一个题目是可靠性相对较差，这主要是复
合材料的发展历史较短，在加工工艺上积累的经验不够，加上复合材
料是多组分材料，因此各个组分中的不确定因素集成的结果必然较单
质材料为大。同时现用的复合材料多数是层状复合，而层间是其薄弱
环节，严重影响其可靠性。针对这些题目，现在已经进行了很多卓有
成效的研究和探索。例如采用把增强纤维经三维编织构成预成型体再
用上述树脂转移法来成型，或采用在原有层状复合的加上缝编结构，
即可有效地克服原有的层间薄弱环节。同时利用复合材料可设计强的
特点采用计算机辅助进行优化，实现纤维取向符合结构的力学要求，
并可用不同纤维混编使之更为公道。另外各种无损检测的方法日超完
善，配合工艺过程中的在线监视，可以有效地进步成品质量。这很多
措施可以促使复合材料的可靠性大为进步。以确保复合材料在未来的
世纪中树立可信赖的形象。

当然复合材料也还存在其他不够完善之处，如回收困难，现正在
加紧研究解决。可以相信在全世界所有从事复合材料研究、生产的专
业职员努力下，当有充分把握接受其他各种新近材料的挑战，使复合
材料能屹立于先进材料的前列。