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新型复合材料发展及应用.docx

上传人:春天资料屋 2024/4/14 文件大小:25 KB

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文档介绍:该【新型复合材料发展及应用 】是由【春天资料屋】上传分享,文档一共【6】页,该文档可以免费在线阅读,需要了解更多关于【新型复合材料发展及应用 】的内容,可以使用淘豆网的站内搜索功能,选择自己适合的文档,以下文字是截取该文章内的部分文字,如需要获得完整电子版,请下载此文档到您的设备,方便您编辑和打印。新式复合资料的发展与应用复合资料是应现代科学技术发展而浮现出的一类拥有极大生命力的新资料,它们均由两种或两种以上物理和化学性质不一样样的物质组合起来而获得的一种多相固资料。复合资料差别于单调资料的显着特色是资料性能的可设计性,即经过选择性设计和加工,经过各组分性能间的互相增补,可获得新的优秀性能。生活中有许很多多的复合资料,传统的复合资料有钢筋混凝土,玻璃钢鱼竿、一体成型的鞋子、用于开关绝缘的合成树脂等。新式复合资料是拥有更高性能的资料,拥有比强度高、比模量高、密度低等,它包含用碳、芳纶、陶瓷等纤维和晶体等高性能加强体与耐热性好的热固性和热塑性树脂基构成的高性能聚合物复合资料。人类在太古时代就从实践中认识到,?可以依据用途需要,组合两种或多种资料,利用性能优?势互补,制成原始的复合资料。所以,复合资料既是一?种新式资料,也是一种古老的资料。复合资料的发展历?史,可以从用途、组成、功能,以及设计思想和发展研?究等,大概上分为古代复合资料和现代复合资料两个阶?段。?古代复合资料在西安东郊半坡村仰韶文化旧址,?发现早在公元前2000年从前,古代人已经用草茎加强?土坯作住所墙体资料。????在金属基复合资料方面,中国也有高明的技艺。最具代表性的如越王剑,是金属包层复合材料制品,不只光明尖利,而?且韧性和耐蚀性优秀,埋藏在湿润环境中几千年,出土后仍旧冷光醒目,尖利特别。5000年从前,中东地域用芦苇加强沥青造船。古埃及墓葬出土,发现合用名贵紫檀木在一般木材上装修贴面的棺撑家具。古埃及修筑金字塔,用石灰、火山灰等作粘合剂,混和砂石等作砌料,这是最早最原始的颗粒加强复合资料。但是,上述绚烂的历史遗产,但是人类在与自然界的斗争实践中精益求精而获得的,同时都是取材于天然资料,对复合资料仍是处于不自觉的感性认识阶段。。到了19世纪,两次工业革命的进行,天然聚合物的性能已经不可以知足工业发展对资料性能的需要。工业革命的进行、经济实力的快速发展,带动科学技术巨大发展,不一样样于天然资料的现代复合资料应运而生。而真实现代意义上的复合资料最早出此刻1847年。许很多多的科学家为复合资料的发展做出了重要贡献。1847年瑞典化学家Berzelius,这位现代化学确实立人之一,初次在实验室发了然饱和聚酯。1894年Vorlander在实验室着手对乙二醇马来酸的研究工作,成为记录在案最早的一位研究不饱和聚酯树脂的化学家。1920年前锋人物WallaceCarothers开始对乙二醇与不饱和脂肪酸合成的聚酯的研究工作。1922年首个聚酯树脂被研发成功。1930年关研究人员Bradley,Kropa和Johnson三人共同研究不饱和聚酯的固化状况,在报告中提高,固化后,它们可以分为可熔性和不可以溶性(热固性)。1935年欧文斯科宁(OwensCorning)初次引入玻璃纤维1941年不饱和聚酯初次投入美国的压铸商业市场1942年美国橡胶企业开发出玻璃纤维加强聚酯树脂作为基体的复合资料。1946年船艇制造商开始意识到纤维加强复合资料为整个工业带来了何种改革,在这年中首个复合资料船身的游艇在美国建成,还初次引入了冷固化系统。1950年初期闭模工艺开发达成。1951年中期不饱和聚酯树脂在欧洲投入商业化生产。1963年碳纤维加强资料引入市场过20世界60年月末期使用,树脂基高性能复合资料被用于飞机的承力构造,后又渐渐进入工业其余领域。70年月末期发展出了用高强度、高模量的耐热碳纤维和陶瓷纤维与金属复合,特别是鱼轻金属复合,形成了金属基复合资料,战胜了树脂基复合资料耐热性差、导热性低等弊端,已宽泛应用于航空航天等高科技领域。80年月开始,渐渐出现了陶瓷复合资料。复合资料因其拥有可设计的特色遇到宽泛的重视,所以发展极快。当前全世界复合资料的年产量已达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,其产值将更加惊人。从应用上看,复合资料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。,。而在日本,复合资料主要用于住所建设,如卫浴设施等,,。纤维复合资料是此刻世界发展最快运用最多的新式多功能复合资料,此中碳纤维以优秀的性能而应用最多。碳纤维密度小、耐酸、热膨胀系数小,拥有优秀的耐高温蠕变性能,并且碳纤维依据力学性能不一样样而有多种分类,如高强型、高模量型均分别用于不一样样场所。F1中复合资料的应用1950年初,主流的F1赛车底盘主要由铝合金制造。跟着二战开发成功的玻纤加强树脂因为能廉价生产,开始获得宽泛应用,并渐渐代替了铝合金,这类状况向来连续到1980年。最早的真实意义上的复合资料底盘是cooper车队在20世纪60年月初期开发的,以“切割一折叠”的方法,将铝合金外壳和蜂窝状铝合金内核和玻璃钢的内壳用树脂粘合在一同。固然这部车没有真实上过赛道,但它确是后20年F1底盘设计的基础。业内公认碳纤维复合资料底盘第一由麦克劳伦车队在1980年引入,固然莲花车队对此很有争议,但在随后的1981年赛季,该底盘以其优秀的机械性能、自重轻、维修高效和方便获得了宽泛认可。在1981年意大利大奖赛中麦克劳伦车队的约翰一沃特僧因为赛车失控,强烈撞击了保护墙,但是他毫发无伤地走出来,完好取消了人们对碳纤维复合资料底盘承受高应力负载的思疑。2007年加拿大站库比卡的赛车以超出300km/h的速度撞到防备墙,赛车被弹到空中掉落翻腾在赛道的另一头从,赛车基本粉碎,但是座舱保持圆满,车内的库比卡过后检查但是扭伤了脚踝,居然没耽搁下一次的竞赛。所以可知,碳纤维复合资料在F1中所表现出的优秀性能。此刻,除了底盘,变速箱,悬挂,刹车等都可以采纳碳纤维复合资料。现代F1赛车约85%体积和30%的质量都是碳纤维复合资料。碳纤维复合资料的能量汲取特色对提高赛车运动的安全性做出了很大贡献。此刻,不只专业竞赛中的汽车使用高性能复合资料,很多民用汽车也开始使用复合资料,很多跑车为追求加速性能,不得不降低整车质量,这使复合资料低密度这一特色便有了很大用途。全碳车身的帕加尼ZondaR超级跑车,摸上去手感与塑料差不多,却有着钢铁一般强度和韧性的碳纤维组件,不只可以帮助整车有效减重,更因为其昂贵的特色而变为豪华的象征。以法拉利、兰博基尼、帕加尼等为代表的意大利超级跑车想必大家特别熟****为了追求轻量化,因为制造过程几乎不计成本,所以在车上大规模应用碳纤维组件甚至整车使用碳纤维资料。奔驰试一试应用碳纤维资料作为溃缩地域,第一在SLRMcLaren上获得了应用。呈尖塔状的碳纤维溃缩柱由无数根粗壮的碳纤维经过编织而成,固然构造仍旧特别坚硬,但是在设计上让它可以在正面碰撞时破裂成无数细小的碎片,来汲取大批的能量,并且碎片不会对人造成损害,这一点特别近似于汽车钢化玻璃的破裂原理。当前碳纤维资料在民用量产汽车,特别是中档产品应用也十分宽泛,很多厂商也已经开始供给碳纤维资料的小组件,如后视镜壳、内饰门板、门把手、排挡杆、赛车座椅、空气套件等,同时可以原装位安装到发动机舱的风箱、进气歧管等碳纤维改装件也是品种众多。在飞机中的应用2013年6月2日上午,中国首架波音787“梦想飞机”到达广州白云机场,这一喷绘着“梦想之翼”涂装的787飞机此后将加入南航机队。南航成为中国首家、全世界第10家接收787梦想飞机的航空公司。波音787拥有多项技术创新,此中最引人凝望的是波音787机体构造的50%都用更轻、更牢固的碳纤维合成资料代替铝合金,是第一款以碳纤维合成物为主体资料的民用喷气式客机,也是是迄今为止复合资料用量最多的一个机型:其机身、机尾翼采纳碳纤维层合构造;而起落舵、方向舵却保存了过去采纳的碳纤维夹芯构造;发动机舱除受力大的发动机吊架外均采纳碳纤维夹芯构造;整流罩采纳玻璃纤维夹芯构造。在使用复合资料方面,空中客车A380在研制中使用了创新的GLARE(玻璃纤维加强铝资料)材料,与传统铝资料比较,重量轻、强度高、抗疲备特色好,维修性能和使用寿命也获得大大改良,不需要特其余加工工艺。飞机约25%由高级减重资料制造,此中22%为碳纤维混淆型加强塑料(CFRP),3%为初次用于民用飞机的GLARE纤维-金属板。空中客车A380初次采纳了复合资料碳纤维制成的连接机翼与机身的中央翼盒。其余,空中客车A380还初次在后压力舱后部的后机身采纳了复合资料。被叫做空中巨无霸的大型客机空客A380,约有25%由先进轻质复合资料制造,此中22%为碳、玻璃或许石英纤维加强塑料,3%为GLARE(一种玻璃纤维―铝层压板)资料。高铁意大利ETR500高速列车的车头前突部分采纳的是芳纶纤维加强环氧树脂的FRP,用这类资料模型成型的符合空气动力学线型要求的车头,拥有优秀的抗冲击能力,当列车以300km/h速度行驶时有很好的尺寸牢固性法国国营铁路企业(SNCF)以为关于将来的TGV高速列车,考虑到急迫需要进一步减少车体质量,采纳碳和玻璃纤维加强环氧树脂包覆发泡蜂窝资料芯,制造双层挂车,并进行线路运转试验,对其耐火性、抗冲击强度等进行运转测试,结果表示:复合资料车体的制造工艺是有效的,它比铝制或钢制车体的强度大,用碳纤维复材估计可比铝制车的质量减少25%;?复合资料车体在振动性能、透声性能和绝热性能方面的长处,提高了车体的畅快性。转向架的构架是特别重要的高强度零件,关系到整个车辆安全性。转向架必然知足安全、运转舒适合以及耐磨损、易检修等要求。多采纳优秀碳素钢、低合金低碳高强度钢、耐候钢制造的构架。近来研究热门为高分子复合资料和铝合金制造的构架。德国开发了世界上第一个纤复合资料的转向架构架,并过了静态模拟实验、长远试验、运转试验,营运了100多万km后检测未现任何破坏、磨损或撕破。现状当前全世界复合资料从业人员约45万人,总产值约1000亿欧元。我国2009年产量达323万吨,已先后超出德国、日本而居世界第二位,并凑近居世界首位的美国水平。全世界复合资料行业的重心正在从欧美发达国家转向亚洲,亚洲复合资料产量高速增加是行业发展最显然的趋向之一,产量到2015年有望翻番,达1000万吨。估计亚洲在全世界复合资料市场所占比重将从本世纪初的25%提高至2013年的51%。跟着风能和航空航天等高精尖技术的发展,复合资料在高附带值领域的应用将更多。中国将成为全世界复合资料最活跃、发展最快的地域。将来几年跟着中国经济构造的转变、经济的转型以及公民经济的高速发展,复合资料在中国将获得更大发展。印度在复合资料方面也积蓄着不可以忽略的增加潜力,汽车等应用领域的快速发展将带动印度复合资料行业成长。中东、马来西亚、越南和印度尼西亚也是高增加潜力的国家和地域。复合资料工业的发展速度远远高于世界经济的增加快度,2009年全世界复合资料/复合资料的产量约900万吨,此中北美、欧洲和亚洲是三个最大生产和应用地域,全世界树脂基复合资料的年均匀增加率在5%以上,此中亚太地域的增加率可达7%(%、印度约为15%、欧洲和北美地域为4%)。跟着中国大飞机,高铁甚至磁悬浮铁路的飞快发展,将来中国对复合资料的需求将是极大的,大型客机C919的研制成功,全面高铁时代的到临,以及中国全面汽车时代的到来,都将促使新式复合资料的发展。