复合材料发展趋势

复合材料发展趋势NJUTPage2复合材料简介复合材料是以一种材料为基体，另一种材料为增强体组合而成的材料。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，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。现代高科技的发展离不开复合材料，复合材料对现代科学技术的发展，有着十分重要的作用。复合材料的研究深度和应用广度及其生产发展的速度和规模，已成为衡量一个国家科学技术先进水平的重要标志之一。进入21世纪以来，全球复合材料市场快速增长，亚洲尤其中国市场增长较快Page3美国航空航天让复合材料开启登月之旅美国航空航天局团队坚信未来宇宙飞船座舱将采用先进复合材料来制造。目前，团队赛车、帆船及高档运动器材都是由复合材料制造而成的。由于复合材料具有轻质坚固的特点，而且可形成各种在结构上更有效的复杂形状，因此变得极具吸引力。在制造形状复杂的船舱时，采用复合材料和以铝作为原材料相比，船舱重量减轻了10%-15%。在宇宙飞行中，每增加一磅的重量就会使成本增加。减轻10%的重量将会提高船舱的负荷能力，减少宇宙飞行的花费。与金属太空船相比，复合材料太空船制造起来可能更快、成本更低。Page4复合材料在生活中的应用Page5我国的复合材料2010年1-11月我国347家规模以上复合材料生产企业工业总产值为529亿元，同比增长15.22%；销售产值为519亿元，同比增长16.18%：FRP出口交货为22亿元，同比增长-5.08%。2011年我国复合材料行业保持了平稳增长，全年呈前高后低运行态势。其中，玻璃纤维价格平稳，基体材料产量略有增长，复合材料在风力发电、交通运输、水处理、建筑、基础设施等领域得到了广泛的应用。2011年我国热固性复合材料产量达263万吨，同比增长10.50%；热塑性复合材料达118万吨，同比增长29.67%；总产量达381万吨，同比增长15.81%，产量继续超越美国，蝉联世界第一。随着高性能、低成本的增强材料，功能性、强韧性和工艺优异的基体材料的研发和应用，材料、结构一体化设计理念的逐步深入，我国复合材料制造技术不断进步，工艺水平不断提升，行业朝着高、精、尖方向不断发展。现阶段，我国玻璃钢、复合材料行业面临一个新的大发展时期，如城市化进程中大规模的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台、汽车工业的发展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下，复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间。Page62012年9月5～7日，一年一度的复合材料行业盛会——中国国际复合材料工业技术展览会（ChinaCompositesExpo2012）在上海世博展览馆顺利举行近年来，中国复合材料行业取得了一个个显著的成绩，产量已达世界第一、机械化水平稳步提高，新产品、新工艺不断开发和应用，环境治理能力显著提高，综合实力稳步增强。在此基础上，行业逐步走向由量的增长转向质的提升阶段，提出由大变强，靠新出强的理念，不断改进技术，提高产品附加值，向高精尖方向发展。为推进行业技术进步和产业升级，主办方推出创新产品评奖活动，联合法国JEC集团组建国内外复合材料专业团，对参选产品进行评选，最终30家企业的32件产品获奖；展会同期还举办了42场技术讲座和两场专题技术培训，邀请行业专家分享其研发的新成果，抛砖引玉提升行业整体技术水平。第18届中国国际复合材料工业技术展览会。第18届中国国际复合材料工业技术展览会圆满闭幕Page7复合材料产业化的技术之惑基础研究不足、关键技术未能实现突破，是复合材料产业发展停滞不前的根本原因。“我国复合材料在应用与产业化方面，与国外相比至少落后10年以上。”在日前召开的中国国际先进复合材料与工艺技术论坛上，中国工程院院士刘连元表示，国内的复合材料很多产品不过关，技术与性能的稳定性都不达标。作为国务院《“十二五”国家战略性新兴产业发展规划》中重点发展的三大新材料之一，复合材料的产业化备受瞩目。然而，多位专家在接受《中国科学报》采访时表示，复合材料产业的发展必须以基础研究的发展作为先导，产业的发展不能完全靠需求牵引来推动。复合材料产业：有产能，无产量和很多技术的推广路线一样，复合材料最先开始应用在航空航天与军事领域，然后转向民用领域。与发达国家相比，复合材料在我国航空航天与军事领域的使用量并不高。据悉，发达国家复合材料在部分军机上的用量早已超过50％，而我国军用战斗机上的最大用量尚不足10％；在民用方面，美国大型客机波音787上的复合材料用量也超过了50％，而我国首架拥有自主知识产权的支线客机ARJ21使用的复合材料仅占飞机结构重量的2%。即便是如此少的用量，我国复合材料产业仍不能满足国内需求Page8航空航天领域的应用以航空航天领域为代表的军用领域历来是先进复合材料重要的传统的应用领域。由于复合材料具有比强度高,比刚度高,耐腐蚀疲劳性能好,可设计性强等一系列独特的优点,在各种武器装备上的轻量化、小型化和高性能化上起到了无可代替的至关重要的作用,使之成为飞机、导弹、火箭、人造卫星、舰船、兵工武器等结构上不可或缺的战略材料和技术。Page9体育休闲领域的应用体育休闲用品领域复合材料的应用开发较早目前仍有稳定的市场和需求,大约占有30%以上的市场份额。该领域的产品质量要求越来越高,制作要求越来越精细,市场竞争亦日趋激烈。Page10基础设施领域基础设施主要指房屋、桥梁、隧道及其相关的混凝土工程等,复合材料可以多种形式用于该领域中目前应用最广的是以包缠料、层压板等形式用于基础设施的修复、更新和加固上Page11汽车领域复合材料用于汽车代替钢件有40%或以上的减重潜力,以前限于复合材料成本较高,应用进展一直不如人意。但近年来随大丝束纤维出现、RTM等低成本工艺发展,汽车上复合材料的应用呈良好发展势头,预计近期会有较大发展。提高燃油效率，目前是汽车工业首要关注的问题。他们努力生产轻质的汽车零部件，帮助车身整体减重，以提高车辆行驶里程。汽车制造商，比以往的任何时候，都更多的看到了复合材料的好处。Page12以风力发电为主的能源领域作为各项新能源设备的材料基础，各类复合材料也在技术上有着突飞猛进发展。以一直受到世界各国广泛关注的风电行业为例，为了相应时间对于能源节约型科技的推进，利用风能发电的理念得到进一步认可，为了实现这一理念，各类由复合材料所打造的风电叶片，风电机组材料应运而生。并且，对于这些复合材料性能都有着相当高的要求。据了解，各地市场上所现存的风叶片绝大部分是由热固性复合材料打造，它们通常都很难在自然环境中降解，对于环境造成很多迫害。这就要求复合材料能够更加环保。除此之外，还要求该材料质量轻、抗冲击力高。因为风电设备的工作环境的风力压强很大，如果没有复合要求的材料，风电设备将不堪一击。Page13沿海油气田的应用先进复合材料在该领域主要用在沿海油田的钻井平台上,如护栏、扶手、通道、竖井等部位,油田的抽油杆以及各种管道系统、油箱和油罐等。设备的不腐蚀减少了修理、维护和更换程序,降低了使用周期成本。此外减重、改进安全性、便于现场安装等优点也带来了一定的经济效益,形成了复合材料另一个较有前途的应用市场。Page14我国复合材料的发展潜力和热点Page151、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。Page16碳纤维赛车结构件采用碳纤维制造的赛车结构件可以满足诸多性能要求：1.相比钢制车身，碳纤维材料能降低50%的重量；2.更高的安全性能，包括更优化的力学性能，和更高的抗震，抗冲击强度；3.满足不同规模的制造量（1-100辆/天）；4.帮助制造商达到赛车性能和制造成本的平衡；5.碳纤维材料本身具有较高的环保和回收再利用性能。碳纤维材质描述：1.工业级大丝束干碳纤维；2.采用长连续纤维，或短纤维；3.多轴向碳纤维织布，或夹芯多轴向织布。形成了一条“预成型—真空注射—表面剪切—装配—粘合”的制造程序，使赛车产量达到每天100量。创新复合材料精品记录--碳纤维赛车结构件Page17由CORIMA最新研发制造的AERO+MCC的品牌自行车轮是专门为公路自行车运动员和爱好者打造的一款全碳纤维自行车轮。制造商希望用最先进的材料满足公路自行车运动员和爱好者们对于骑自行车的热情。该款全碳纤维自行车轮完全按照完整的复合材料生产过程制造。轮辋是由UD和包裹Rohacell泡沫的Hexel平纹绸碳纤维预浸纤维制造而成，轮毂的一部分由半固化碳纤维，辐条完全是由半固化碳纤维制成。CORIMA技术为自行车轮的生产提供了一整套模具制造方案。有些部分经过超模压，另外一些采用结构性环氧树脂胶粘合。这套解决方案帮助产品达到超高的性能水平，包括绝佳的旋转惯性、超高的刚度、独特的流线型设计，还将车轮重量（一对）减少到只有1000克！全碳纤维自行车轮Page18“山泉”登山&滑雪靴AlpControl公司在此次展会上展出的一款捆绑式超轻碳登山&滑雪靴，制造商为其取了一个动听的名字—“山泉（MOUNTAINSPRING）”。“山泉”登山&滑雪靴顾名思义，由两部分构成：包括安装在胫骨位置的可移动的碳纤维支持滑雪板，和登山靴。所采用的半固化碳纤维板是由法国索蒂拉（SOTIRA）公司制造，重量只有240克。该登山&滑雪靴能赋予运动者如春泉一般的无限流畅感觉，，比高级滑雪靴具有更好的弯曲性能。Page192、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。Page20●强度高●自重轻●良好的耐腐蚀性和防水性●较强的适应性●施工简便●施工质量易于保证聚丙烯腈基纤维Page213、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。Page22玻璃纤维制品Page234、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。Page245、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。Page256、复合材料综合处理与再生重点发展物理回收（粉碎回收）、化学回收（热裂解）和能量回收，加强技术路线、综合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用以及在SMC/BMC模压制品中的应用和典型产品中的应用。Page26谢谢观赏