复合材料范文10篇-尊龙凯时最新

复合材料范文篇1

关键词：模具设计；框架式成型；复合材料

复合材料具有较好的优越性，一直被应用于航空领域中，由于飞机零件需要较高的精确度，同时它们的尺寸较大，一般会使用复合材料对其进行固化成型。在复合材料的成型过程中，复合材料构件会直接与模具的型面相接触，一旦模具发生变形，构件的尺寸和形状等就会受到影响。模具的尺寸若是较大，那么在其固化的过程中复合材料的固化质量和表面温度会受到模具型面不均匀的温度场的影响。当前在一些大尺寸的模具成型过程中一般会选择使用框架式结构，这种结构有着均匀的厚度，同时通风效果较好，能快速升降温，这些模具中的各个点可以均匀受热，模具中的各个部位就不会因为升降温而发生变形。在当前设计框架式模具的过程中，在设计多个支撑框架时，不仅需要经过重复且繁琐的操作，同时操作也较为费时费力，设计模型需要丰富的经验，但是模具使用起来较为费劲，同时也不利于校核模型的温度情况和变形情况，在设计模具的过程中就缺乏精准度同时也缺乏效率。为了及时改善该情况，就需要将模具设计和更改的效率提高，同时在设计的过程中需要进行周全的考虑，将复合材料在制件过程中的固化变形问题解决掉。在设计该种框架式的模具时，应建立起一种能进行快速更改和建模的方式，并通过有限元分析模型，对模型根据分析的结果进行优化和调整，这样可以更好地对模具的尺寸和回弹情况进行设计补偿，以便得出最精确的模具结构设计结果。

1建模的快速化方法

如果是框架式的模具成型，它的结构主要包括底板、型面板和吊环等部分。在设计模具的过程中，需要对支撑隔板的数量、厚度、通风口的定位尺寸等参数进行调整。当前，在设计模型模具的过程中一般会使用catia软件的方式来进行，在建模时需要首先进行产品型面的提取、接合等操作，这样就形成了模具的型面板；然后再进行隔板和隔板上的通风孔的制作，它需要通过平面化的编制和绘制草图及凸台等操作才能形成，隔板和隔板上的通风孔是和型面板相连接的。隔板具有较多的数量，需要重复性地进行隔板的绘制工作，所需工作量很大，会花费设计者很多的时间和精力。但是，通过“产品智能模板”—“创建超级副本”操作就可以将在建模过程中将的绘制草图、凸台等命令集中到一个命令中进行集体的封装。该命令集合在执行时只需要通过操作“从选择实例化”就可以了。这样可以将很多重复性的操作避免掉，在隔板的绘制和通风孔等操作中就可以节省掉很多时间。使用其中的“知识工程”—“公式”命令就可以对参数进行调整同时还可以对其进行赋值了。在后期只需要对参数的赋值进行变更即可实现参数值的变化，同时变量间的关系也可以通过公式的定义来实现，使得变量能够基于另一个变量的变化而变化，这样可以使得参数的变量化得以实现。采用这样的建模方式，可以实现对纵向隔板数量和型面板厚度等参数进行变量化的快速设计。此时，如果合理的更改参数的数值，将视图刷新后，稍微改动一些模型就能达到设计的更改要求了。采用这种方式可以将对框架式模具的建模时间缩短，同时可以更加快捷地进行模型的更改和设计，不仅能提高了更改和设计模具的效率，同时也为有限元模型的分析和设计优化奠定了基础。

2有限元模型分析

在进行复合材料的框架式模具设计时，一般需要根据经验来校核模具结构的强度，在制定通风口尺寸和隔板的间距时，会进行保守设计，比如将隔板间距缩小或是将隔板厚度增大等，采用这样的方法虽然可以对模具的性能进行改善，但是因为在制造模具的过程中其周期较长同时模具的成本较高，会对设备的使用情况造成影响。需要首先采用有限元分析法对模具的变形情况和应力情况进行校核，这样可以很好地确定设计模具的可行性，同时还可对模具设计的参数等在变形和应力的情况下进行调整，使得模具能在性能得到满足的情况下将重量减轻，使得运输和成本等得到降低，此外，还可以有效将制造周期缩短。特别是对一些梁类复材零件和蒙皮等来说，它们的尺寸相对较大，所以在模具中其主体部分的框架式支撑结构，需要花费大量的成本和材料等，这部分费用也会被计算在内，需要采用有限元分析的方法将支撑板的结构及尺寸等情况进行合理选择，这样可以在模具经济成本降低的基础上确保好复材制件的成型质量。另外，复材零件的固化质量和表面温度也会受到模具型面温度的影响，导致零件出现固结，模具自身也会因为存在的温度梯度而出现变形，这就需要掌握好模拟模具固化中的温度变化情况，可以更好地调整模具设计的可行性，并通过调整参数来将温度场调整均匀。表1中1号和2号模型，分别采用citia对它们进行各种工况情况下的分析，使用的模具材料是q235，不同的边界条件在不同工况时如下表2所示，两个模型的最大应力值和最大变形值，如表3所示。比较1号模型和2号模型发现，2号模型的型面板要比1号模型的型面板厚度大2mm，支撑板的厚度要大2mm，同时重量大了179kg。从上表3中可以看出，1号模型的应力和变形情况在工况相同的时候都要大于2号模型，在4种工况下1号模型和2号模型的最大应力都要小于q235的屈服应力，其形变是弹性形变，对于1号模型和2号模型来说，它们都能符合设计的要求，但是如果选择的是1号模型，它能更好地将模具的重量减轻，材料成本也能由此得到节省。在分析模具的变形和温度分布情况时，采用catia将一个普通钢框架式模具模型和热压罐模型建立起来，同时将热压罐内的区域划分为不同的网格。将瞬态求解设置在fluent中，同时将能量方程开启出来，这样可以便于湍流模型的设置，假定热压罐的外壁是绝热壁，同时将内壁设置成耦合壁面，根据其温度边界条件将时间函数定义好。然后将模具型面上一些关键时刻点的温度云图提取出来，这个时候可以看出，如果温度升高，那么迎风面的温度也就升高，工装中部就会有着较低的温度，这样就会逐渐增大温差；如果温度不再升高，其上的温度差是14.6℃；如果在保温时将其降低至0℃；如果是处于温度降低阶段对于迎风面来说它的温度不高，这样在整个工装中部就有着较高的温度。模具型面在整个固化过程中其上的温度都处于均匀分布的状态。对于复材来说，它的制件一般会在保温的后期发生固化反应，所以工装型面经过了足够的保温时间，其温度场分布均匀。在对模具的热变形进行分析和计算的过程中，求解时可以按照均匀温度场来进行。如果工装模型的热变形采用的是abaqs法进行计算，所用的材料是q235，其初始温度设定是20℃，其最终温度是180℃，将位移约束添加在模具的四个脚轮处，将模具的变形量在该温度场下求解出来。对于模具的热变形云图，会在模具的四个边角处会出现最大变形，其中最大的变形量达到了3.3mm。对于一些尺寸较大的钢材料模具来说，如果要进行高温固化，它的变形量是很大的。

3结语

为了提高模具设计的效率和精准度，需要先将制件过程中的固化问题解决，在设计这种框架式的模具时，先将其快速更改模式和建模方式建立起来。在本文中，通过有限元模型分析法进行数值的模拟检验，根据模型分析出的结果进行了调整和优化，便于以后对模具的回弹和尺寸等进行设计补偿，确定最终能得到最精确的模具设计结果。

作者:袁玉苹 单位:中山市技师学院

参考文献：

复合材料范文篇2

关键词：复合材料；建筑加固工程；应用

目前我国需要的加固建筑工程相对较多，通过将复合材料用到其中，有助于提升抗腐蚀性、抵抗酸碱等物质的腐蚀；缩短工期和节约成本等。玻璃纤维、碳纤维等作为当前使用最多的一种复合材料，分析其在建筑加固中的具体应用能够增强建筑工程加固的质量。

1复合材料在建筑加固工程中的方法

1．1内嵌入式加固方法

复合材料在建筑结构中进行应用，其所使用的加固方法较多，其中内嵌式加固方法是建筑加固工程较为常见的一种，复合材料在放入到需要嵌入的浅沟中，经过一段时间的凝固后，就会增加粘附性，不会出现与建筑结构分离的情况。这就说明这种加固方法增加了复合材料的力学性能，实现了与建筑结构的相互结合，在共同受力下，能够使得建筑结构不会发生弯曲或者裂缝的现象等。另外，这种加固方法最大的优势表现在工序简单、成本较低等方面。施工工序的介绍如下。（1）每一个建筑构件都有自身设计标准和要求，尤其是开槽的尺寸不可随意设计，避免发生安全问题。（2）将槽内存在的灰尘或者杂质等进行及时清除，这样做的目的就是能够防止复合材料发生粘结。（3）添加的胶粘剂厚度不能高于槽的1／2位置。（4）开展试压的环节。即放入到槽中的复合材料需运用胶粘剂进行固定，胶粘剂填入到槽中的厚度需要与槽持平。（5）当胶粘剂得到完全固化后，施工人员再对建筑表面进行清除、平整。

1．2外贴式加固方法

外贴式加固方法与内嵌式加固方法不同，即复合材料不再放到内槽中进行加固，而是直接在建筑结构表面运用胶粘剂粘贴复合材料。这种方法的优势为：使用便捷，能够快速完成施工；复合材料的防腐性能较强，能够发挥出保护和防止出现腐蚀的情况。因此，后期施工时不需要开展定期维护，达到节约成本的目的。外贴式加固的施工过程如后。（1）加固构件基地在进行有效处理时，需要将表面上的杂质进行去除；（2）底胶均匀涂抹；（3）建筑结构表面的找平和清理；（4）表面需要增加抹灰或者防火涂料。

2复合材料在建筑加固工程中的应用

本文针对于碳纤维、芳纶纤维、玻璃纤维这3种复合材料在建筑加固工程中的应用进行了分析，从应用优势上看，碳纤维复合材料最为明显。

2．1芳纶纤维的加固技术

框架结构加固部位的选择：建筑结构加固的作用就是能够提升一定的抗震效果，而最易发生震害的位置主要是柱子。因此，结构中柱子的抗震加固位置需要引起重视。

2．1．1框架柱框架结构中柱子所发挥出的作用最大，即柱子发挥着承重作用。从受力的角度来看，框架柱不仅需要对竖向荷载产生的力进行承受，还需要对水平方向的荷载进行承受，这就说明该位置的受力作用最为明显。2．1．2节点框架结构节点的位置很重要，因此，节点连接着梁和柱，当节点核心区剪力墙的强度不够时，将会使得结构出现失稳情况或者墙体裂缝情况。

2．2柱子抗震加固方法

针对于建筑结构中柱子加固的方法我们可以采用剪切补强法，这一方法能够使框架柱的抗剪承受力得到提升，同时也能够提升容许轴压比值，以下针对于剪切补强方法进行了详细的分析。第一种方法如下。（1）施工人员运用钢筋网砂浆围套将其绑在柱周侧的位置，并在绑定后焊接箍筋端部的钢筋网。（2）选择围套时可以选择角钢或者扁钢型的围套，并将其放置在柱的四周位置；主要采用的方法为环氧树脂浆粘贴法，并将其涂抹在已经磨成圆角的柱四角位置，并且受到压力较大的影响，需要仅仅粘贴四角钢。（3）采用座浆方法。柱四周涂抹砂浆———贴上角钢———拧紧砂浆口———积压砂浆———填实砂浆———砂浆在满足强度要求后拆除临时箍。第二种方法如下。钢板箍采用外包钢箍覆盖，周围压力较大。板圈内的砂浆加双l，柱外用微膨胀砂浆填充后，可焊接到钢板上，与柱保持一定距离。第三种方法如下。施工步骤：平整柱表面；四角有效打磨；涂抹底胶置于柱表面；强度满足规范和标准要求；用芳纶纤维布完全穿透环氧树脂，按照相应的粘贴法粘贴在底胶上，进行表面处理。

2．3碳纤维加固技术的应用

2．3．1加固方法（1）抗弯加固梁和板构件应用到受拉区，可以对粘贴碳纤维片材进行有效加固，其宽度为10cm，搭接宽度为2cm，即每隔2cm粘接一圈，在表面粘贴玻璃纤维复合材料，通过保障纤维方向与加固处的受拉钢筋方向保持一致，能够使得碳纤维抗拉承载力提升，从而共同承担起荷载，使得构件受弯承载力得到明显的提升。玻璃纤维复合材料的破坏荷载均值为604．5，相对强度达到了1．09。并且根据受力还可以采用高弹性模量片材或者采用多层粘贴的方法，使得补强效果得到明显提升。（2）抗剪加固抗剪加固主要是将碳纤维布粘贴于构件的剪跨区，在补强时梁的两侧面竖向粘贴，并且采用封闭式粘贴的方法或者u型包粘贴，增加抗剪箍筋分担原箍筋的剪力。（3）抗疲劳加固桥梁或者桥面板等结构疲劳抗力，能够将碳纤维片粘贴后使得加固梁的挠度或者裂缝宽度逐步的缩小，进而使得混凝土梁的静载极限强度得到明显提升，疲劳极限强度也得到提升，增强补强效果。2．3．2材料需要满足的条件（1）被加固的原结构、原构件需要保障完好，但需要增大其承受荷载的能力。（2）受到施工或者设计方面的影响，原结构或者原构件如果少了箍筋或者受拉钢筋，需要进行补强。（3）加固要有腐蚀介质场所的建筑物。

2．4玻璃纤维复合材料的加固

使用玻璃纤维复合材料对柱进行加固之后，所承载的极限承载力得到明显提升，并且可塑性和承载力相对较强。而这一材料加固时最为明显的不足表现在塑性差。因此本文使用碳纤维或者玻璃纤维复合材料对柱进行加固，主要是对以上两种材料的使用不足进行了补充，即在承载力和塑性方面的优势较强，而出现这种情况的原因主要如图1所示。由图1中我们可以了解到，玻璃纤维复合材料的弹性模量相对较小，这一材料将选用环绕粘贴的方式粘贴在柱子上，但是柱侧向的约束力相对较小，柱子一旦发生裂缝或者在单轴受压的作用下，该复合材料就会发生相应的作用力。同时，在遇到裂缝较大的问题时，这种力的作用也就不会产生了，这时采用玻璃纤维复合材料进行加固，承载力的作用较小。但是在塑性方面，玻璃纤维复合材料能够发挥出一定的约束作用。

3结语

本文对复合材料在建筑加固工程中的应用，通过结合玻璃纤维复合材料和碳纤维复合材料等的优势和施工工艺等进行分析后，找出这些材料的优势，并采用不同的加固技术和方法，以此能够使得复合材料加固具有更为广阔的市场。

参考文献：

［1］年夫建．关于碳纤维复合材料在房建加固工程中的应用［j］．江西建材，2016，（08）：78，85．

［2］孙伟荣．碳纤维复合材料在公路桥梁加固工程中的应用［j］．交通世界（运输．车辆），2015，（05）：78－79．

［3］黄海云．房屋建筑中结构加固技术的应用分析［j］．住宅与房地产，2020，（09）：187．

复合材料范文篇3

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。

1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、smc生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(rtm)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过iso9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(lfp)、连续纤维增强预浸带(mitt)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(gmt)。根据使用要求不同，树脂基体主要有pp、pe、pa、pbt、pei、pc、pes、peek、pi、pai等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以pp、pa为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、gmt模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的pp具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强pp在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国hpm公司用20%滑石粉填充pp制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以pp、pa为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从cf发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国pan基cf市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

复合材料范文篇4

[关键词]碳纤维；复合材料；回收；再利用；研究现状

碳纤维复合材料具有高比模、高比强、耐腐蚀、耐高温、热膨胀系数小等特性，被广泛应用于国防军工、航空航天、体育休闲、建筑桥梁等领域中。2019年全球碳纤维产量接近1800万吨，但碳纤维复合材料在各个领域的应用寿命是有限的，最长不超过30年，达到其理论使用寿命后，需要对其进行回收再利用[1]。随着碳纤维复合材料应用领域的扩大及需求量的不断提高，其废弃物也逐年增加，填埋废弃物不但污染环境，还造成了极大的浪费，因此回收碳纤维复合材料中有价值的碳纤维成为该领域的研究热点[2]。碳纤维环氧树脂基复合材料使用广泛，其废弃物的回收尤为重要。由于环氧树脂的固化反应为不可逆反应，其降解过程成为碳纤维回收再利用的难点[3-4]。本文主要介绍了碳纤维复合材料的回收和再利用技术，分析了我国碳纤维复合材料回收再利用研究现状，并对其回收利用前景进行了展望。

1碳纤维复合材料的回收

碳纤维复合材料的回收方法可归纳为四类：机械分离回收法、能量转化回收法、化学回收法和热降解回收法[5]，近些年又衍生出其他一些回收方法。

1.1机械分离回收法

机械分离回收碳纤维复合材料的方法是指在剪切、粉碎、研磨等机械力的作用下，使其变成碎块、颗粒或粉末。由于机械分离回收法无法得到长纤维，且碳纤维结构被严重破坏，因此所回收的碳纤维主要用作低价值的填料或建筑材料，废弃物颗粒和粉末可再次用于制备碳纤维复合材料，但材料机械性能明显下降[6]。日本chichibuonoda公司将碳纤维复合材料粉碎处理后，作为水泥的增强材料，结果表明添加复合材料颗粒的水泥凝胶时间、抗折强度与普通水泥基本一致[7]；kouparitsas等人[8]将碳纤维增强环氧树脂基复合材料碾压后获得的碳纤维再次与树脂复合，发现所制备复合材料的拉伸强度与工业复合材料基本无差异。

1.2能量转化回收法

能量转化回收法是指将复合材料中的有机成分进行焚烧，回收燃烧过程中的热能，进而减少传统能源的消耗，达到节能的目的[9]。但复合材料中的环氧树脂燃烧会产生二噁英等有害物质，造成大气污染，甚至影响周围生活环境。另一方面，该回收方法经济价值低，造成了高价值碳纤维的浪费。

1.3化学回收法

化学回收法是指用化学试剂将废弃碳纤维复合材料中的树脂基体降解，使碳纤维从基体中分离出来。该方法的关键是研发降解树脂基体的技术，研究者主要集中在对溶剂法的研究。溶剂法分为普通溶剂法和超临界/亚临界流体法。在普通溶剂降解法中，溶剂种类和降解工艺直接影响碳纤维的回收效果。西北工业大学jiang等人[10]先用硝酸浸泡复合材料，再在koh的聚乙二醇熔液中反应降解，所回收的碳纤维拉伸强度可以达到原丝的96%。中国科学院liu等人[11]利用zncl2的乙醇熔液在一定温度下浸泡复合材料溶液进行降解，所得降解产物可作为树脂继续使用，获得的回收碳纤维表面干净。braun等人[12]以四氢萘和二氢蒽作为降解溶剂，回收的碳纤维表面无缺陷，拉伸强度与原碳纤维保持一致。超临界流体由于溶解能力强、扩散性好，被认为是降解环氧树脂的优秀溶剂。jiang等人[13]利用超临界丙醇降解碳纤维复合材料，得到碳纤维的拉伸强度仅比原始纤维降低约10%。cheng等人[14]将超临界正丁醇用于降解环氧树脂基复合材料，回收得到的碳纤维拉伸强度保持了原纤维的98%。日本okajima等人[15]利用亚临界水对对碳纤维环氧树脂基复合材料进行分解处理，发现分解产生的酚类化合物达到环氧树脂的70.9%，回收碳纤维的拉伸强度比原纤维降低了15%，且表面含氧官能团数量减少，若再利用需要对其进行氧化处理。深圳大学孙红芳等人研究了电化学方法回收碳纤维复合的材料，结果表明碳纤维的拉伸强度与溶液浓度和电流密切相关，调整工艺获得的碳纤维拉伸强度为原纤维的80%左右。超临界/亚临界流体法可以保留原纤维大部分的力学性能，但设备及操作成本高、工艺复杂，且有机溶剂会造成环境污染。

1.4热降解回收法

热降解回收法是指将废弃复合材料在空气或惰性气体气氛下进行热处理，使其中的有机物分解为分子量较小的有机物或气体，从而回收得到碳纤维。该方法主要包括高温热降解法、流化床热降解法和微波热降解法。高温热降解法是指复合材料废弃物在惰性气氛下经热处理过程使树脂分解得到碳纤维，树脂分解产生的小分子有机物通长用作燃料[16]。该方法是目前唯一应用于商业领域的方法。德国karlmeyer公司研发了在隔绝氧气环境下分解碳纤维复合材料的工艺，目前已投入营运[17]；英国milledcarbonfiber公司作为全球首家运营的碳纤维复合材料回收公司，每年再生碳纤维产量达1200吨[18]，该公司也是在无氧状态下对复合材料废弃物进行热处理，所回收碳纤维力学性能可达到原始纤维的90%以上。该方法的缺点是产生较多有害气体污染环境，且回收的碳纤维表面不洁净，影响其力学性能。流化床热降解法回收复合材料的工艺已经较为成熟。英国诺丁汉大学在流化床中加入硅砂粒[19]，高温空气环境和硅砂粒的摩擦作用均可加速树脂和碳纤维的分离以及树脂的充分降解。但摩擦过程会造成碳纤维的划伤，导致碳纤维的拉伸强度和弹性模量下降，再利用价值降低。微波能也被用于回收碳纤维复合材料，诺丁汉大学lester等人[20]利用3kw的微波对碳纤维复合材料进行热处理，发现碳纤维与环氧树脂很快分离，且得到的碳纤维拉伸强度保持了原纤维的80%，效果优于流化床法。美国火鸟先进材料公司建了微波回收碳纤维的小型装置，是全球首条微波回收碳纤维工艺[18]。

1.5其他回收方法

萨伦托大学greco等[21]将化学法和热降解法结合用于回收碳纤维复合材料，先对其进行热降解，再利用硝酸对其进行浸泡，发现它不仅保持了碳纤维的力学性能，还提高了碳纤维和环氧树脂基体间的粘附能力。韩国kim等人在固定床反应器中通入过热蒸汽对碳纤维复合材料进行热处理，以期达到对树脂基体进行分解的目的[22]，结果表明碳纤维表面洁净，树脂基体无残留，拉伸强度达到原纤维的90%。哈尔滨工业大学yang等人在氧气和惰性气体混合气体气氛下，利用固定床对碳纤维环氧树脂基复合材料进行热处理，发现碳纤维的拉伸强度与氧气体积浓度密切相关，且氧气浓度直接影响碳纤维表面含氧官能团的含量[22]。

2回收碳纤维的再利用技术

一般来说，回收碳纤维的用途与普通商业碳纤维一样，可用作树脂的增强材料制备复合材料。目前回收碳纤维的处理主要包括直接成型和碳纤维处理后成型两种技术。

2.1直接成型技术

直接成型技术是指回收碳纤维进行研磨或短切处理后再成型的过程，具体工艺为：将碳纤维与热塑性树脂或热固性树脂及填充物等在高压条件进行成型[23-24]。该方法适用于普通短切碳纤维复合材料成型，也可用于回收碳纤维复合材料成型。

2.2回收碳纤维处理后成型技术

回收碳纤维处理后成型技术主要分为三种：回收碳纤维制备成非织造布后再成型技术、回收碳纤维重整后再成型技术和纤维编织物成型技术。回收碳纤维制备成非织造布后再成型技术是广为使用的碳纤维再利用工艺。该技术是指将回收碳纤维通过梳理法、抄纸法或感应加热法[25]等工艺制备成2d或3d的非织造布，之后再将非织造布与树脂进行层压、浸润、固化等一系列工艺制得碳纤维复合材料。该技术制备的复合材料在汽车领域得到了广泛应用，在保证汽车性能的前提下达到了轻量化的效果。该技术工艺简单、成本低，但所制备的复合材料性能较差。回收碳纤维重整后成型技术是指先通过重整提高回收碳纤维的取向度，再将其与树脂复合获得碳纤维复合材料制品。该方法所制备的碳纤维复合材料力学接近普通碳纤维复合材料的水平。该技术的优势在于可以铺层设计，但技术仍不成熟。纤维编织物成型技术是指对复合材料废弃物上的过期预浸料或者碳纤维织物碎块进行重新预浸料处理，进而得到新的具有优异力学性能和高纤维含量的碳纤维复合材料。该方法工艺简单，可以使复合材料的力学性能连续增强。

3我国碳纤维复合材料回收再利用现状分析

我国碳纤维复合材料废弃物主要来源于两方面，一是碳纤维制品生产中产生的边角料或不合格产品，二是达到使用寿命后淘汰的碳纤维复合材料制品。实现这些废弃物中高价值碳纤维的回收利用具有重要的经济意义。近年来，我国对碳纤维复合材料回收与再利用越来越重视，加大了对碳纤维回收再利用技术研究的投入。在国家政策的引导与市场需求的驱动下，高等院校、研究院及相关企业相继研发了一系列回收再利用技术。上海交通大学开发了一种新型裂解碳纤维回收技术[3]，将复合材料废弃物在氧气和氮气混合气体氛围下进行热处理，树脂分解后分离出碳纤维。该方法处理废弃物碎块可使碳纤维回收率达到90%以上，该技术是目前我国比较成熟的回收技术，年处理量超过200吨。威海光威复材公司开发了碳纤维鱼竿生产废料的回收技术[2]，即在弱氧化性混合气体气氛下对废料进行热处理，达到对树脂进行分解回收高价值碳纤维的目的。该工艺所回收碳纤维的力学性能保留了原纤维的80%，而生产能耗不足商业碳纤维生产能耗的25%。比亚迪集团与新能源公司协议联合开发复合材料废弃物回收技术，成为我们新能源汽车领域的带头企业[1]。北京玻璃钢研究设计院研发了多条回收碳纤维的示范生产线，即节约了能源，又减少环境污染。我国碳纤维复合材料回收再利用技术研发起步较晚，目前尚无复合材料废弃物回收分类标准[3,25]，且复合材料中除树脂外，还含有金属混杂物，分离出洁净的、无破损的碳纤维仍然是一大难题；另外，碳纤维复合材料废料来源不稳定，需要加强生产企业和研发机构的协作关系；目前的碳纤维回收技术基本都需要高温高压的苛刻环境，若产业化不仅有一定危险性，成本也非常高，因此，开发温和的回收利用技术势在必行。

4结语

复合材料范文篇5

［关键词］建筑工程；纤维复合材料；结构补强材料；混凝土质量；涂层织物

随着时代的进步和社会经济水平的提升，建筑行业的发展如火如荼，不仅促使建筑规模扩大、数量增多，而且也对其建筑质量提出了高要求。在传统建筑工程建设与施工中，由于部分传统材料缺乏完善的性能，其质量未达到现阶段标准与要求，因此阻碍了建筑工程建设水平的提升。面对此情况，应加强对新材料的挖掘和运用，其中纤维复合材料就是最重要的一种。此种材料集多种优势，将其应用在建筑工程中是未来发展的主要趋势。因此，积极对纤维复合材料在建筑工程中的应用进行探索具有重要的现实意义。

1纤维复合材料的主要特征

1.1抗震性能优越

在当前建筑工程建设中，建筑物抗震性能的优良性已经成为判定建筑质量好坏的重要指标。部分传统施工材料呈现了密度大且较重的特点，发生地震时，较易出现脱落或者断裂的问题，对人们生命财产安全造成了严重的威胁[1]。而纤维复合材料与传统建筑材料相比，其具有良好的抗震性能，可承受较大的外界冲击力，能够增强建筑的稳定性、可靠性，提升建筑安全性，有助于减少危险事故发生，属于未来该领域发展的主要趋势之一。

1.2可塑性强

较强的可塑性也是纤维材料最主要的特征之一。纤维材料实际上是人造材料的一种，其可结合市场需求与建筑工程建设进行强针对性、目的性的生产，所以其可塑性较强，表现出优秀的适应性，能够在建筑施工的不同环节得到良好运用。特别是在建筑行业高速发展的当下，部分建筑工程对材料的需求呈现了较大的差异性，纤维复合材料可针对此进行量身定做，一是能有效突破传统施工材料的局限性，二是可促使工程建设效率提升，满足建筑建设的多元化需要。

1.3良好的抗拉强度

相对于钢筋的抗拉强度而言，纤维材料的抗拉强度更加优越，高于钢筋2~10倍，所以在建筑工程中可发挥良好的作用。纤维复合材料不仅在抗拉强度方面达到了相关标准与要求，而且其一般情况下不会出现塑性变形的问题，因此可对钢筋材料进行取代，进一步优化建筑工程质量，满足现代社会发展需求[2]。

1.4抗腐蚀性能

在建筑工程建设中，材料腐蚀是其面临的主要问题之一。若是施工材料的耐腐蚀性能比较差，将会导致建筑物腐蚀，降低建筑物质量，引发质量问题，甚至会造成严重的人员安全问题和经济损失。而纤维复合材料与以往的施工材料相比，其在抗腐蚀性方面更具有优势，将其应用在建筑工程施工中，可发挥很强的抗腐蚀作用，将建筑物腐蚀问题扼杀在萌芽中。

2纤维复合材料在建筑工程中的应用

2.1用于承载结构

在建筑工程承载结构中，纤维复合材料发挥着重要作用，其可制作形态多元化的承载结构，有助于满足建筑建设的不同需求，如承重折板、楼板等。通常情况下，将纤维复合材料应用于承载结构时，都是用来充当建筑外墙板或者防腐楼板，有助于延长建筑的使用寿命[3]。与此同时，纤维复合材料也能够在某种程度上取代钢筋与混凝土，对建筑工程质量的提升具有重要意义。纤维复合材料凭借自身独特的优势在建筑工程领域得到了广泛运用，如在实际施工中通常会以纤维复合材料为主进行门窗、隔热板等装饰材料的制作，并依照相关标准安装即可，具有便捷性，不仅促使施工效率提升，而且使其施工质量得到了保证，有助于实现良好的施工效果。

2.2运用在增强混凝土的质量上

混凝土作为建筑工程最重要的材料，其质量直接关系着工程的建设效果。因此，要想全面提高建筑质量，务必要保证混凝土材料拥有良好的性能。这就需要提高对纤维复合材料的运用，将其科学地应用在增强混凝土质量上，可对其起到提升抗腐蚀性能的作用[4]。尤其是针对较为常见的钢筋混凝土，纤维复合材料的防腐蚀效果更加明显，可进一步增强钢筋的加固性能，降低腐蚀问题出现的概率，以保证建筑工程质量。另外，在混凝土抗震性能、拉伸强度增强方面，纤维复合材料所发挥的作用也是不可忽视的，可在整体上提升混凝土质量，让其变得更加有价值。此外，由于纤维复合材料具有优越的耐火性与抗冲击能力，所以将其应用在混凝土方面，还可减少建筑质量问题的发生，降低工程建设成本，提高建筑安全性，实现理想的经济效益和社会效益。

2.3运用在涂层织物中

在建筑工程中，涂层织物是重要的组成部分，起着骨架的作用。在新时期，对涂层织物的要求逐渐提高，要想确保良好的建筑质量，需要具备足够的承载力、抗张力和尺寸稳定的特点。为满足此要求，应注重纤维复合材料的运用，以便借助其优越的性能实现对涂层织物的有效保护，优化其性能，同时也可提升其美观度，符合当前建筑发展需求[5]。尤其是针对于现阶段在建筑领域应用比较广泛的棉织物，其虽然可在一定程度上发挥保护功能，但是却具有易腐蚀的缺陷，严重的情况下还可能出现发霉的问题，会严重降低建筑质量，缩短其使用寿命。因此，有必要将纤维复合材料运用在涂层织物上，以便为建筑工程施工提供有利条件，提升施工水平。

2.4运用在结构补强材料上

将纤维复合材料合理地运用在结构补强材料上，可起到一定的修补作用。以往的结构补强材料，主要是以钢板为主，借助其进行加强，虽然能够实现一定的效果，但由于在长期使用中钢板比较容易受到腐蚀，会影响最终质量[6]。而纤维复合材料的使用可有效弥补以往方式的不足，该材料不仅重量轻，而且具有良好的防腐蚀功能，可实现较理想的结构补强效果，并可防止开裂问题，所以对整体建筑工程质量增强有帮助。

3建筑工程中纤维复合材料的具体应用策略

3.1合理细化材料采购流程

在纤维复合材料的具体应用中，材料的采购属于关键环节，其采购是否科学合理直接关系着纤维复合材料的应用成效，对建筑工程建设效果具有重要影响。由于建筑工程具有系统性、长期性特征，所以材料采购流程也比较复杂，涉及多个方面，如材料种类的选择、材料的运输、材料的管理等。为提升材料采购的科学性，保证其采购效率与质量，需立足实际对其流程进行细化，以便促使材料采购工作顺利开展，为建筑工程有序施工提供良好条件。在此方面需注意的是：其施工也包含着纤维复合材料的施工工序，做好采购流程细化工作，可实现对纤维复合材料的充分运用[7]。如果未结合实际情况对材料采购流程进行细化，将会出现严重的人力、物力、财力资源浪费的现象，不仅不利于降低施工成本，而且无法保证施工质量。

3.2优化设计方案

在建筑工程中，要想深入挖掘纤维复合材料价值，凸显其作用，应该加强对设计方案的重视度。主要是因为纤维复合材料虽然可对建筑工程部分材料取而代之，但或多或少地会存在差异性。所以，要想充分发挥纤维复合材料的优势，需要在了解其性能的基础上，制定与之相适应的建筑施工方案，以便促使施工有序开展，强化对纤维复合材料的使用。在施工方案设计与优化中，应对每种纤维复合材料的特点进行全方位的考虑，并注重分析施工现场情况，有针对性地对施工方案进行调整，针对不足之处及时改进，以便为纤维复合材料的有效应用创造良好的条件。另外，还需要了解传统施工设计方案中的缺陷，以借助纤维复合材料的优越性对其缺陷进行弥补，减少施工问题的出现，进一步提高工程质量[8]。

3.3严格遵守操作规范

建筑工程属于一项系统性工程，其涉及的范围比较广，在实际施工中存在多种不确定性因素，若某施工环节出现问题，不仅会影响纤维复合材料的应用效果，而且还会带来安全风险，引发安全事故。因此，在实际施工中，应始终遵循安全施工理念，严格遵守规范操作，以促使施工顺利开展，保证建筑物的质量达标。对于纤维材料的使用，需以行业标准为基础，严格遵循有关要求，并对纤维复合材料和传统材料之间的性能差异进行明确，如密度差异、质量差异、使用寿命差异等[9]。为保证工程质量，在应用纤维材料前，还需开展相关的材料性能测试工作，以确保其能够与建筑功能使用要求相符，实现纤维复合材料的有效应用，确保应用的合理性、科学性，凸显其优势，促使建筑工程高效开展，强化工程质量。另外，规范现场操作流程，还可减少不必要问题的出现，确保工程如期交付。

3.4提升建筑工程现场施工人员管理水平

在建筑工程中，应用纤维复合材料时，为避免材料受到损坏，需对其进行严格的管理。而人作为纤维复合材料管理的主体，其综合素质与能力对管理成效具有重要影响，也关系着纤维材料使用情况。因此，需注重提升建筑工程现场施工人员的管理水平，不断丰富其专业知识，增强其管理能力，以便促使其能够加强施工材料与施工现场的管理，进而提高纤维复合材料的应用，保证良好的施工水平，将纤维复合材料优势全部凸显出来，提高其应用水平，以保证建筑工程建设效果，为人们提供安全、可靠的居住环境。

4结束语

总而言之，纤维复合材料具有优越的抗震性、可塑性、抗腐蚀性，将其科学合理地应用在建筑工程施工中，可对部分材料进行取代，弥补传统材料的不足，减少工程缺陷，优化工程质量，同时对建筑工程理想经济效益的实现也具有重要意义。因此，在建筑工程开展中，应勇于突破传统施工理念，加强对纤维复合材料的运用，明确其优势与性能，将其运用得恰到好处，有利于在整体上提高建筑质量，推动建筑工程发展，使其与时展相适应，进而获得长足进步。

参考文献

[1]臧德厚.纤维增强复合材料在建筑工程中的应用[j].建材与装饰，2020（11）：43–44.

[2]赵旭.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用[j].江西建材，2020（2）：12–13.

[3]王奕.新型复合材料模板在建筑工程中的应用分析[j].现代物业（中旬刊），2020（1）：48.

[4]陶子龙.纤维复合材料在土木建筑工程中的应用研究[j].现代物业（中旬刊），2020（1）：73.

[5]刘薇.纤维复合材料在建筑工程中的应用研究[j].粘接，2019，40（12）：73–76.

[6]杨挺.新型复合材料模板在建筑工程中的应用[j].福建建设科技，2019（6）：94–98，108.

[7]陆世明.纤维复合材料在土木建筑工程施工中的应用[j].现代物业（中旬刊），2019（5）：79.

[8]陈源源.略论土木建筑工程中纤维复合材料的应用[j].现代物业（中旬刊），2019（5）：48.

复合材料范文篇6

复合材料是指由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的材料，它可以发挥各种材料的优点，克服单一材料的缺陷，扩大材料的应用范围。由于复合材料具有重量轻、强度高、加工成型方便、弹性优良、耐化学腐蚀和耐候性好等特点，已逐步取代木材及金属合金，广泛应用于航空航天、汽车、电子电气、建筑、健身器材等领域，在近几年更是得到了飞速发展。

随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商ppg公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国gdp增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。

从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。

另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。

树脂基复合材料的增强材料

树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1、玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。

2、碳纤维

碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

3、芳纶纤维

20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。

4、超高分子量聚乙烯纤维

超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。

5、热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、smc生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(rtm)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过iso9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。

热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(lfp)、连续纤维增强预浸带(mitt)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(gmt)。根据使用要求不同，树脂基体主要有pp、pe、pa、pbt、pei、pc、pes、peek、pi、pai等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以pp、pa为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、gmt模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。

滑石粉填充的pp具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强pp在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国hpm公司用20%滑石粉填充pp制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。

云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。

我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以pp、pa为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。

我国复合材料的发展潜力和热点

我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。

1、复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

2、聚丙烯腈基纤维发展

我国碳纤维工业发展缓慢，从cf发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国pan基cf市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。

3、玻璃纤维结构调整

我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。

4、开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。

5、纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

6、复合材料综合处理与再生

复合材料范文篇7

1铝合金复合材料技术及工艺发展的历程及现状

早在19世纪30年代在美国等国家就开始开发及研究铝合金复合材料，其方式就主要对热传输设备进行研究，此时与铝合金复合材料相关的技术及工艺尚不完善，但是在焊板、箔等生产中应用有较好的使用效果。而在19世纪40年代，此项工艺技术开始在西欧一些发达国家的热传输设备生产中应用，这也为铝合金复合材料及的关键技术及工艺提供了进一步的发展空间。在19世纪80年代铝合金复合材料关键技术及生产工艺仍然由一些发达国家所掌控，而我国在铝合金复合材料的生产及研究中起步相对较晚，但是在不断的研究及发展中仍然取得了一定的进步。对于铝合金复合材料的生产技术及工艺来说，其主要是采用特定的手段来改变金属材料的性质及特点，例如其化学、力学、物理等性质，这样可以使材料在实际的使用中满足不同的生产要求，进而提升其应用效果。

2铝合金复合材料的特点

铝合金复合材料因受加工生产的作用使其具备了多种实用性能，例如在使用中具有金属、合金、非金属材料等性质特点，可以说其融合了这些单一金属所具备的特性及优势。目前铝合金复合材料在使用中具备了防磨损、耐高温、阻断性、导热性、抗腐蚀、强度高、电磁性、光敏性等特点，再加上其成本相对较低且重量较轻使其在实际中得到了良好的推广及应用。铝合金复合材料通常情况下为两层或三层复合轧制而成，皮材采用熔点低且流动性好的4xxx铝合金作为焊料、芯层采用具有中等强度的3xxx防锈铝合金复合轧制而成。

3铝合金复合材料关键技术指标

根据铝合金复合材料在生产应用中的特殊性决定了其需具备相应的关键技术指标，其关键技术指标的确定主要是根据材料实际使用的场合及情况来进行确定的，以此来满足对铝合金复合材料的不同使用要求。在铝合金复合材料的关键技术指标中主要包括温度、厚度、尺寸、性能等，以下则是对其各项关键技术指标的研究及总结。3.1铝合金复合材料的主要状态及规格指标。铝合金复合材料在生产中首先需要注意的就是其基础性技术指标，包括材料的状态、规格、牌号等，对于此部分指标系数见表1。3.2铝合金复合材料的包覆率指标。由于铝合金复合材料在实际应用中其产品要求及使用性能的不同使其实际的规格也有一定的区别，而在此种情况下材料实际的包覆层厚度也有一定的区别，根据铝合金复合材料性质来看，其包覆率水平越高，整体材料的性能就越就稳定，相应的质量也可以得到良好的保障，其具体的指标参数见表2。3.3铝合金复合材料的化学成分指标。目前在相关技术及工艺的发展及进步使化学成分也在不断的变化，同时在铝合金复合材料生产中对其控制标准的要求也在不断的提升，而对其化学成分控制指标的确定及运用主要是以gb/t3190作为标准，以此来控制合金产品中的化学成分。3.4铝合金复合材料的力学指标。在原有的铝合金复合材料生产中其力学指标控制相对较松，而在现今此种材料的使用形式及使用功能在不断完善的情况下，力学指标的重要性也逐渐凸显出来。其力学指标的确定主要针对焊接性能，因此对于力学指标的确定需要根据铝合金复合材料的实际应用方向及应用性能来进行确定。3.5铝合金复合材料的温度指标。其温度指标主要是指在钎焊中的温度指标，由于在钎焊过程中高温会对铝合金复合材料的稳定性及质量产生一定的影响，为此在实际中需要对其温度进行严格的控制，其指标参数见表3。

4铝合金复合材料的生产工艺

4.1铝合金复合材料的包覆厚度理论。第一，在铝合金复合材料轧制的过程中需要注意材料所具备的金属键特点；第二，在双金属中其所需要复合的材料需要注意其临界值；第三，在铝合金复合材料生产中其材料原子在一定的条件下会产生一定的能量；第四，双金属在进行复合生产的过程中国会因表面接触出现塑性变形的情况，而此种情况主要是由于其表面覆盖的氧化层破裂而出现的一种位错迁移；第五，在双金属复合中其化学键会在接触及外部条件的作用下出现激活的情况，最后双金属在化学反应中出现结合情况；第六，在双金属复合中其在结合过后会会产生扩散情况，此情况主要是指在结合部分金属原子通过扩散活动来增强其结合程度及强度，此种扩散情况可以有效的提高铝合金复合材料的性能。4.2铝合金复合材料的包覆轧制技术。目前在铝合金复合材料的复合轧制中所使用的技术主要分为两种，热轧制及冷轧制，其中热轧复合技术在使用中其高温可以使金属温度升高，进而使材料可以受到更好的变形重塑，相对的其变形抗力也要较其它方式小，在应用中复合效率高。而冷轧复合技术由于温度等条件的影响使材料的抗变形能力较强，为此在实际施工中其设备及技术使用要求也较多，相应的成本也要高于热轧复合技术。

以上根据铝合金复合材料的特点对其关键技术指标及生产工艺进行了全面的解析，为其生产及使用提供了一定的参考依据，在实际中还需对相关技术不断研究及发展，从而提升产品的综合性能，满足高端产品发展需求。

作者:胡建兵 单位:深圳市万德装饰设计工程有限公司

参考文献

[1]盛永清.工型复合材料加筋壁板制造工艺研究[d].哈尔滨：哈尔滨工业大学,2016.

复合材料范文篇8

关键词：纤维增强复合材料;加工技术;性能;注意问题

伴随着科学技术的发展，我国对复合材料的使用量呈现逐年增长的态势，在这些复合材料当中，纤维增强复合材料便是较为常见的一种复合材料，它拥有抗磨损能力强、密度较低等诸多优点，因此在我国，纤维增强复合材料正在被广泛运用。但是需要关注的是，这些材料在机械化生产加工的过程中，有着很高的技术含量，因此如何针对机械化加工过程当中的细节进行处理，是该行业相关从业人员必须要思考的一个重要问题。这个问题的解决质量也会关系到纤维复合增强材料在我国今后的推广和普及效果。

一、纤维复合增强材料的特征分析

简单地说，纤维增强复合材料拥有质量轻、强度大的特征，而上述两个特征正是中国材料行业未来重要的指导方向，所以针对增强复合材料的研究有着极为深远的意义。拿我国最为常用的增强复合材料芳纶纤维材料进行分析，其拉伸强度可以达到2701兆帕，拉伸模量可以达到84.4/gpa、延伸率达到了3.2%，密度仅为1.44克每立方厘米。在针对增强复合材料进行机械加工的过程当中，一旦没有进行正确的操作，常常就会出现余热较大、材料在开展切割的过程当中温度过大、切割作业的过程中对刀具产生极大损耗和材料在进行切割过程当中发生分层现象等诸多问题。因此增强复合材料的机械加工对于操作技术和锁使用的机械设备上都有着很高的要求，在开展增强复合材料切割的过程当中，温度不能够太高，因为纤维增强复合材料与基体材料在受热之后，所发生的膨胀幅度是存在差异的。在材料加工的过程中，若温度太高，就会在材料制作和切割的过程出产生大量的预热，导致纤维增强复合材料出现分层现象。出现这种现象之后，材料自身的强度和性能都会严重下降。

二、不同类型纤维增强复合材料机械加工中的技术要点

1.玻璃纤维增强复合材料的机械加工技术要点。实验研究表明，玻璃纤维增强复合材料在使用的过程中能够显示出较好的抗高温性和腐蚀耐受性，尽管玻璃纤维增强复合材料的硬度较大，并且容易发生脆裂现象，但是它却拥有极佳的透明度，所以在中国地区，玻璃纤维增强复合材料有着较广的运用。在针对这一材料进行机械加工的过程中，需要注意下列技术要点。在对玻璃纤维增强复合材料进行切削的过程当中，技术人员必须要使用金刚石材质的刀具或者氮化硼刀具，因为采用这些材料的刀具之后，不但能够显著提升玻璃纤维增强复合材料切割效率，而且还能够对材料的整体切割质量做出有效的保障。反观在对玻璃纤维增强复合材料的机械生产当中，如果使用高速钢刀刀具进行切割，不仅切割质量无法得到有效的保障，同时还会对刀具产生极为严重的磨损现象，在增加生产企业的成本投入的同时，产品质量还无法得到有效的保障。

2.热塑性树脂基复合材料的机械加工技术要点。所谓热塑性树脂基复合材料即为把热塑性树脂作为基体纤维的纤维增强复合材料。在针对该种材料进行机械加工的过程当中，对于温度有着很高的要求，在我国对这种材料进行机械加工的过程当中，往往会使用到冷却剂来降低加工过程中的环境温度。因为该种材料在机械加工的过程中，若出现温度较高的状况，其硬度便会大幅度降低，严重时可能还会出现材料被烧焦的情况。而在针对该材料进行切割作业的过程当中，必须要在切割道具上预留足够的排屑槽。同时需要选择使用高速刀具来完成热塑性树脂基复合材料的切割作业，而且所选择的道具需要较为锋利，目前国内在针对该材料进行机械加工的过程当中，使用刀具材料最为常见的是碳化钨道具与金刚石道具。伴随着中国科学技术的不断进步，还有部分特殊材质的刀具也在针对热塑性树脂基复合材料进行切割作业当中进行使用。在开展切割作业的过程当中，技术人员需要将车刀磨出对应的倾斜角，这样可以显著提升对热塑性树脂基复合材料的切割效果。若需要针对热塑性树脂基复合材料进行钻孔作业，麻花钻头往往是最佳的选择，因为麻花钻头不容易使其产生分层现象。

3.金属基复合材料的机械加工技术要点。金属基复合材料就是使用金属或者金属合金作为载体，再在这种材料当中掺入纤维材料由此而构成的一种复合材料。同其他类型的纤维增强复合材料进行对比，金属基复合材料拥有极强的抗切割能力，并且该材料还拥有很强的抗疲劳能力，同时还是电和热的良导体。除此之外金属基复合材料材料对于环境所造成的污染相对较低，所以在中国，该种纤维增强复合材料正在被广泛开发和运用。针对这一材料的机械加工，对于刀具来讲，要求是很高的，当下针对金属基复合材料的切削作业，最常使用的是金刚石刀具，并且根据金属或者合金材料的不同，对于该材料进行切割作业的速度和在进行切割过程中的温度也有着不一样的要求。

三、纤维增强复合材料在进行机械加工的过程中需要关注的问题

综合上文内容，不难发现，在进行纤维增强复合材料机械加工的过程当中，由于材料种类的不同，其加工方式存在有很大的差异性。因此在对于此类材料进行机械加工的过程中，相关技术人员一定要注重对加工技术的不断改良，转变自身一次加工完成的固有观念，使用多次加工的办法来对加工技术进行优化调整，这样方能让纤维增强复合材料的机械加工质量得到大幅度提升。另外，技术人员需要逐渐提升针对纤维增强复合材料的切割速度，因为针对这一类型材料的机械加工质量，往往同切割速度之间存在着极为密切的关联性，随着切割速度的提升，能够显著减低在切割作业过程当中材料的供给量，由此降低在机械加工过程当中对切割力的使用，让纤维增强复合材料的表面质量得到明显的提升。若在进行切割作业的过程当中，对速度进行合理的控制，还能够明显降低在切割作业当中，材料出现分层现象的可能性，提升加工效率。最后，刀具的质量是决定纤维增强复合材料机械加工质量的关键，在原来的机械加工过程当中，常常会发生因为刀具质量不合格而使得机械加工质量受到影响的状况，高速运转的钢制钻头在玻璃纤维增强复合材料的机械加工过程当中往往只可以钻4-5个孔，这在很大程度上增加了材料的加工成本，并降低的加工效率。但是在进行技术改革之后，采用硬度更高的合金钻头能够钻取更多的钻孔（平均数量超过100个）。一些先进发达国家所研制的钻石材质钻头，不但能对钻孔的整体质量进行保障，并且在钻孔的使用寿命上，也得到了巨大的提升。

四、结语

纤维增强复合材料因为其优越的特性，在我国各行各业当中，都得到了较为广泛的使用，但是这些性能材料进行推广普及的过程中，技术难度较高的机械加工成为了阻碍这些材料在我国使用的重要问题。基于此种现状，本文提出了一些较为常见的纤维增强复合材料的加工技术和刀具选择技术重点，希望能够为我国纤维增强复合材料的推广和普及做出自己应有的贡献。

作者:王帅强 单位:西京学院万钧书院

参考文献：

[1]李志强,樊锐,陈五一等.纤维增强复合材料的机械加工技术[j].航空制造技术,2003,12:34-37.

[2]李树侠.国外纤维增强复合材料的切削加工技术[j].飞航导弹,2010,06:91-94.

[3]于长有.纤维增强复合材料的机械加工技术研究[j].科技与创新,2015,24:149 151.

[4]冯懿娜,谷岩.纤维增强复合材料的机械加工技术[j].自动化应用,2015,08:36-37.

复合材料范文篇9

土木工程学科的发展，在很大程度上依赖于性能优异的新材料新技术的应用和发展。在已有结构的加固改造领域，不仅要求材料经济美观、便于施工，且要求施工后的结构承载力能够明显提高。而fpr复合材料以其优异的力学性能和广泛的适用性发挥着越来越重要的作用。

frp（fiberreinforcedplastics）复合材料主要有碳纤维（cfrp）、芳纶纤维（afrp）及玻璃纤维（gfrp）等，其材料形式主要有片材、棒材和型材。frp的共同优点是：轻质高强、高弹模、抗疲劳、耐腐蚀耐久性能好、热膨胀系数低等。另外，frp复合材料可以节省材料、自由裁剪、施工方便且速度快，虽然其前期投资较大，但维护成本低，经济效益明显。因此，frp（片材）复合材料在土木结构加固工程中应用潜力巨大。

1、frp复合材料的基本特性

随着增强纤维材料的发展，碳纤维、芳纶纤维及玻璃纤维已经成为当前结构工程中加固补强的重要材料。一些典型的frp（片材）复合材料的基本力学性能见下表。

frp复合材料的性能各异，在拉伸强度及拉伸模量方面，玻璃纤维和芳纶纤维一般比碳纤维低1/3左右；在断裂延伸率方面，芳纶纤维一般是碳纤维的2倍左右，玻璃纤维一般比碳纤维高70%左右；在韧性、抗冲击性能方面，芳纶纤维和玻璃纤维要比碳纤维好得多；在抗碱腐蚀方面，芳纶纤维和玻璃纤维则不如碳纤维好。关于其它方面的性能差异，这里不再赘述。

2、frp复合材料在结构加固工程中应用领域

2.1民用建筑、桥梁及工业厂房

frp复合材料因其优异的力学性能，在民用建筑及工业厂房的加固中应用很多，主要有：①梁加固。加固的作用包括抗弯和抗剪。在进行抗弯加固时，frp复合材料的纤维方向与梁的轴向一致，一般贴在梁的受拉侧，已提高梁的承载能力。据有关试验得出，只要该梁不是超筋梁，贴一层ak-60可以提高承载力30%左右，贴两层可以提高40%左右；在进行抗剪加固时，frp复合材料的纤维方向与梁的轴向垂直；②板加固。一般对于板的加固净空要求比较高，而且加固后不影响其外观，所以用厚度很薄且柔软的frp复合材料进行加固是一种理想的选择；③柱加固。芳纶纤维布、玻璃纤维布是比较理想的柱加固材料。因为它们的弹模小，相对于碳纤维（弹模235gpa），其延性较好；并且，在进行棱角打磨时一般只需要10mm左右，一般不需打磨，而碳纤维则需要30mm左右，若采用芳纶纤维就可以节约很多工时。

2.2地铁、隧道

因地铁和隧道是一种在地下工作的结构，所以它的受力与地面结构是不一样的。在洞顶和洞侧，它都有土压力的作用，而且也有净空的要求，所以进行裂缝修补时，传统的加固方法不可行，而用芳纶纤维布（不导电）进行加固维修就可以满足它的各方面要求，因为在地铁或隧道的拱顶或侧壁的裂缝一般是多向且不规则的，这就要求修复材料必须具有良好的抗剪性能，而且还是一种不导电的材料，所以芳纶布在隧道地铁工程中是一种最佳的选择。

2.3烟囱、水塔

由于烟囱水塔这样向高空发展的结构，加固维修特别困难，传统加固方法（如扩大截面法、粘钢法）基本上很难解决这样的问题，而采用轻质高强、耐腐蚀、耐久性能都很好的复合材料（尤其是芳纶纤维）进行加固，就是一种很好的方法。

3、几种加固方法的比较

3.1扩大截面法

这种加固方法是通过增大受力面积来提高结构的承载力，一般用在一些较小且对净空没要求不高的结构中。这种方法虽然具有成本较低的优点，但是增加了原结构的自重，同时减小了净空，工期长，有很大的局限性。目前，在较大的工程中很少用。

3.2粘钢法

在用钢板加固时，一般将钢板贴在被加固的结构受力部位的外边缘，同时封闭粘贴部位的裂缝和缺陷，约束混凝土的变形。粘钢法加固的特点：①既可提高结构强度，又可提高刚度；②适应结构（钢结构）又粘又铆，适应节点加固；③延伸率大，适应冲击、振动结构加固；④钢板表面处理要求严格，粘结面易生锈；⑤厚钢板端点处应力集中，混凝土易剥离。

由上述可知，采用这种方法加固必须注意几点：①对钢板的尺寸要求很严格。抗弯时宜薄点，以保证它和原结构的变形协调；抗剪时不仅宜厚点，而且在锚固时应使端部钢板延伸到应力较小区，防止应力集中造成对结构承载力的损害；②贴完后，必须对钢板边缘裂缝进行处理；③还要对钢板进行防腐处理，这也是一项长期的任务。所以其造价很高，而且它的使用范围还有一定的局限性，一般只用在刚度要求很严格的地方。

3.3frp复合材料法

frp复合材料法加固的特点：①高强度、高弹模，厚度薄、重量轻；②材料可任意长度，任意交叉，适应任意曲面和任意形状结构；③耐腐蚀，抗疲劳性能好；④施工简便，与混凝土结合密实；⑤材料防潮要求严格，且不宜加固节点区域。

在目前的frp材料加固市场中，碳纤维占的比例最多。碳纤维是一种导电、易发生脆性破坏的材料，可以承受很大的静载，但在绝缘性要求很高的电气化铁路、地铁及隧道工程中，不宜采用；同为高强高弹模的芳纶纤维不存在这样的局限，能经常承受冲击载荷，芳纶纤维的极限破坏形式为塑性破坏，而且还是它的优势所在，其在抗剪方面也有很大的优势，在加固墩子时一般也是利用它优异的抗剪性能，但芳纶纤维在裁剪时须用专门的陶瓷剪刀。

4、frp复合材料的选择

4.1环境影响

在高碱度和高潮湿度的地区，宜选择碳纤维复合材料，不宜选择玻璃纤维复合材料；在温度变化较大的地区，玻璃纤维的热膨胀系数与混凝土相似，宜选择玻璃纤维；玻璃纤维和芳纶纤维是良好的绝缘体，而碳纤维是可导电体，为避免钢筋的潜在电流腐蚀，碳纤维材料不应与钢筋直接接触。

4.2荷载影响

对于经常承受冲击或振动荷载的结构，应优先选择芳纶纤维和玻璃纤维复合材料，它们的韧性、抗冲击性能都比碳纤维复合材料好；对于要求耐蠕变和疲劳的结构，应优先选择碳纤维复合材料，碳纤维材料耐蠕变和疲劳的能力比芳纶纤维和玻璃纤维材料好得多。

4.3保护层影响

保护层的厚度和类型应根据frp复合材料的要求选择。对环境的抗力（如潮湿、温度、冲击、曝晒等）、施工现场抗力、人为破坏的抗力等，应采取有效的保护措施，以免使frp复合材料的力学性能减退。保护层通常采用两种方法：①在frp复合材料外加厚树脂胶层，提供有弹性的保护层；②在frp复合材料外粉抹一层高强水泥砂浆，保护frp复合材料不受损害。

复合材料范文篇10

【关键词】锌镀层；耐蚀；纳米氧化铈；金属基复合材料

锌镀层用于防止钢铁制品的锈蚀，已有200多年的历史，至今，它在钢铁材料防蚀涂层中仍占有重要的地位。锌镀层的使用寿命取决于镀层的耐蚀能力，镀层的耐蚀能力越强，则镀层的使用寿命就越长。随着日益发展的科技与经济的需要，如何更好的改善镀层的耐蚀能力对镀层材料提出了更高的要求。

一、土元素在镀锌防腐蚀应用研究中的进展

随着对稀土材料的开发研究，人们逐渐认识到其优越性，并将其应用在不同领域。20世纪80年代，hinton和wilson首次研究了稀土对纯锌的缓蚀作用，发现1.0g/l的cecl3可使纯锌的腐蚀速率降低到原来的1/10，使电镀锌的腐蚀速率降低到原来的1/2，腐蚀试验完毕后纯锌和电镀锌表面形成了一层黄色的膜。之后，hinton进一步研究了纯锌和电镀锌表面的稀土转化膜的成分和结构，发现膜中主要组成物质是ceo2和zn，并且ce是以四价形式存在于膜中的。昆明理工大学的郭忠诚副教授在1996年第5期的《金属学报》中发表过一篇《稀土对复合镀工艺及镀层性能的影响》，研究了稀土对ni-sic复合镀工艺及镀层性能的影响。结果表明，添加适量的稀土能显著地提高复合镀层中微粒的含量、硬度和耐磨性。

已有研究表明，加入稀土氧化物ceo2所产生作用如下：

1．稀土元素细化微观组织结构，减小第二相树状晶体间距和涂层夹杂物含量；

2．稀土元素的加入对减少涂层金属材料在基体上的扩散是很有效的；

3．稀土元素可以增大衍射角，降低晶体面间距和点阵常数；

4．稀土元素的加入提高抗腐蚀性能，钝化显著提高，腐蚀速率明显降低。

但是，稀土元素对于降低镀层腐蚀速率幅度与人们的期望值相比还略显不足，故此工艺也未能在生产中获得广泛应用。

二、纳米金属基复合材料的优越性分析

在镀层中添加纳米微粒改善锌镀层的耐蚀性，是在纳米技术之上建立起来的新方法。纳米微粒具有很多独特的物理及化学性能包括表面效应，体积效应，量子尺寸效应，宏观量子隧道效应和一些奇异的光、电、磁等性质。纳米材料这种非凡的特性赋予了这种方法广泛的发展前景，值得进一步深入研究。材料的分子尺度或纳米尺度设计是目前高性能复合材料研究的前沿科学。roy和kormameni等于1984年首次提出了纳米复合材料（nanocomposite）的概念，即复合物的分散相至少有一相的一维尺度在100纳米以下。由于纳米复合材料的基体相和分散相的界面面积特别大，如果能把分散相和基体相性质充分的结合起来，将大大改进和提高材料的性能。纳米颗粒在基体相中的作用不仅仅是补强，还能赋予基体很多别的性能。如由于其粒子尺寸小，透光性好，将其加入塑料中可以使塑料变得很致密。在半透膜中添加纳米材料后，不但透明的程度增加，韧性、强度也有所改善，且防水性大大增强。经过测试，纳米复合材料的性能优于同组分的常规复合材料。因此，制备纳米复合材料是获取高性能材料的有效方法之一。纳米复合材料按基体材料类型可以分为3种：金属基纳米复合材料、陶瓷基纳米复合材料、聚合物基纳米复合材料。金属基纳米复合材料是由纳米级的金属或非金属粒子均匀地弥散在金属及合金基体中而成，较之传统的金属基复合材料，其比强度、比模量、耐磨性、导电、导热性能等均有大幅度的提高。从国内外文献报道情况来看，目前，世界各国所发展的纳米复合材料多局限于聚合物材料中，而采用纳米粉体改性整体金属材料方面所做的工作却比较少。这是因为对于金属材料基体而言，尚无特别好的分散方法对团聚状态的纳米粉体进行分散。纳米金属基复合材料是一个尚未开发的处女地，是很有前景的一种新材料，这也是本课题需要解决的难点。

三、纳米氧化铈/锌金属基复合材料的制备和应用

金属基纳米复合材料的制备比聚合物基纳米复合材料要复杂和困难得多，这与金属的固有物理、化学特性有关。目前，制备金属基纳米复合材料的主要难点在于：

1．巨大的表面所产生的表面能使具有纳米尺寸的物体之间存在极强的团聚作用而使颗粒尺寸变大。如何能将这些纳米单元体分散在金属基体中构成复合材料，使之不团聚而保持纳米尺寸的单个体以充分发挥其纳米效应是合成金属基纳米复合材料必须解决的首要问题。然而迄今为止尚无十分有效的分散方法对团聚状态的纳米粉体在金属基体中进行分散。

2．为保证与纳米增强相能进行良好的复合，基体金属必须具有足够的流动性、成型性。但基体金属一般均具有较高的熔点，因此，金属基纳米复合材料在高温制备时势必会发生严重的界面反应、氧化等有害的化学反应如何严格控制界面反应是制备高性能金属基纳米复合材料的又一关键所在。

3．金属基体与纳米第二相之间浸润性差，甚至不浸润，必须设法对纳米微粒进行适当的表面处理以改善与（下转第61页）(上接第62页）基体的浸润性。

本课题拟制备纳米氧化铈/锌金属基复合材料，纳米稀土粉末由于其粒度非常细小、比表面能特别大，通常处于团聚状态，如果将其直接加入到热镀锌镀液中，其团聚现象将更为严重，而且还会产生偏聚。为此，拟采用粉末冶金方法先制备出纳米ceo2/zn复合材料，作为中间体将纳米ceo2带入热镀锌镀液中。但对于常规粉末冶金法而言，混合物的均匀性很大程度上取决于两种粉末粒度的差别，纳米ceo2粉末与纯锌粉末的粒径相差很大，这就决定了粉末混合物的均匀性较差；而且纳米ceo2颗粒又呈团聚状态，所以很难实现纳米ceo2颗粒在锌基体中的弥散均匀分布。为解决这个问题，关键是先制备出均匀的纳米ceo2/zn复合粉末。高能球磨作为一种材料制备的重要工艺方法，日益受到国内外材料科学界的重视。特别是在纳米材料科学与技术领域，有关高能球磨法制备纳米金属、纳米金属间化合物材料、纳米复合材料、非晶材料、纳米陶瓷等的研究很多，并取得了很大的进展。作者采用高能球磨法成功制备出纳米ceo2颗粒弥散均匀包覆、镶嵌在锌颗粒之上的纳米ceo2/zn复合粉末，并通过xrd、sem详细研究了粉体的组成、微观形貌（具体制备方法和结论将在另一篇文章中介绍），这意味着如以这种稀土金属基纳米复合材料作为中间合金代替单纯的锌合金，用在钢铁件表面实施热浸镀，可显著提高锌镀层的耐腐蚀性能，另外，高能球磨法制备工艺简单，成本低廉，容易实现大规模工业化应用。

四、结论

纳米ceo2/zn金属基复合材料在锌镀层中的应用可以使锌镀层的防腐能力得到质的飞跃，这在纳米涂层材料的开发应用方面提出了一种新思路，具体的实施还有待于进一步研究，但在锌镀层方面的应用毫无疑问有着极为广泛的应用前景。

【参考文献】

[1]骆心怡，何建平，朱正吼．纳米氧化铈颗粒对电沉积锌层耐蚀性的影响[j]．材料保护，2003，36(1).

[2]黄新民，吴玉程，郑玉春．纳米颗粒对复合镀层性能的影响[j]．兵器材料科学与工程，1999，22(6).

[3]邓姝皓，龚竹青，陈文汩．电陈积纳米晶体材料的研究现状与发展[j]．电镀与涂饰，2001，20(4).