纖維復(fù)合材料：材料市場中的新型材料

復(fù)合材料是由有機(jī)高分子、無機(jī)非金屬或金屬等幾類不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型材料。這種新材料既保留原組成材料的重要特色，又通過復(fù)合效應(yīng)獲得原組分所不具備的性能。

纖維復(fù)合材料是復(fù)合材料按照結(jié)構(gòu)分類中的一種，是以一種纖維材料為基體，另一種纖維材料為增強(qiáng)體，將各種纖維增強(qiáng)體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成的新材料。各種組成纖維材料在性能上能互相取長補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使纖維復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料，從而滿足各種不同需求。例如：玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維等。其中就玻璃纖維而言，由于高強(qiáng)度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達(dá)到10%以上。其應(yīng)用范圍也不僅局限于軍用方面，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，各類耐高溫制品以及輪胎簾子線等。

迄今為止，我國高強(qiáng)度玻璃纖維已達(dá)到國際先進(jìn)水平，且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達(dá)500噸。碳纖維復(fù)合材料具有強(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，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領(lǐng)域?qū)笠?guī)模采用工業(yè)級碳纖維。

在纖維復(fù)合材料主要應(yīng)用領(lǐng)域中，由于它與傳統(tǒng)材料相比有很多優(yōu)點：比強(qiáng)度和比模量高；抗疲勞性好；減振能力好；高溫性能好；破損安全性好；性能的各向異性及可設(shè)計性強(qiáng)等，使得在橋梁和房屋補(bǔ)強(qiáng)、隧道工程以及大型儲倉修補(bǔ)和加固中市場前景看好。

碳纖維復(fù)合材料研究

項目簡介：碳纖維及其復(fù)合材料具有高比強(qiáng)度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞、抗蠕變、導(dǎo)電、傳熱和膨脹系數(shù)小等一系列優(yōu)異性能。既可作為結(jié)構(gòu)材料承載重荷，又可作為功能材料發(fā)揮作用。目前幾乎沒有什么材料具有這樣多方面特性。因此，碳纖維復(fù)合材料屬先進(jìn)復(fù)合材料，是典型高新技術(shù)產(chǎn)品。碳纖維復(fù)合材料的基體可用樹脂、炭、金屬和無機(jī)材料等。

所處階段：成熟應(yīng)用階段

玻璃纖維復(fù)合材料制品及其耐久性研究

項目簡介：該項目研制了玻纖水泥材料(GRC)拱形弦波屋蓋。該產(chǎn)品用短切玻纖與網(wǎng)格布的雙重增強(qiáng)，全截面均勻受力，充分發(fā)揮復(fù)合材料的力學(xué)潛能，承載能力比同等厚度的平板提高近20倍，板厚僅為10mm的屋面板其極限跨度可達(dá)到7.2m，實現(xiàn)了結(jié)構(gòu)安全性與經(jīng)濟(jì)性的良好統(tǒng)一。

所處階段：中期階段

意義：該產(chǎn)品可與屋面建筑功能與結(jié)構(gòu)承重融為一體，自承重、自防水；強(qiáng)度高、韌性好、造型優(yōu)美；重量輕、造價低、施工簡便。產(chǎn)品可廣泛應(yīng)用于體育活動中心、展覽中心、倉儲中心、集貿(mào)市場、工業(yè)廠房等工程建設(shè)中，安全可靠，市場前景良好。

纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)研究

項目簡介：該課題研究內(nèi)容包括配制粘貼玻纖片材的粘結(jié)用膠，計算分析粘貼纖維復(fù)合材料對地基沉降引起磚砌體裂縫所起的作用。自行研制的配套用于粘貼玻璃纖維的配套膠粘結(jié)劑基本達(dá)到碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程《CECS146:2003》的性能指標(biāo)。研制了配套用于粘貼玻璃纖維的底層涂料、修平膩子和配套膠粘結(jié)劑，用自制的膠進(jìn)行了鋼筋混凝土梁的抗剪加固。進(jìn)行了磚墻加固理論計算分析和鋼筋混凝土梁粘貼玻璃纖維抗剪加固試驗。

所處階段：成熟應(yīng)用階段

碳纖維復(fù)合材料在石油開采中應(yīng)用

項目簡介：高強(qiáng)度高柔韌性碳纖維復(fù)合材料抽油桿，解決了長期以來抽油桿綜合性能難于提高的難題。該抽油桿由碳纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料組成，接頭為專門設(shè)計的高強(qiáng)度專用接頭，安全可靠。高的模量、耐腐蝕和耐磨性；抗疲勞性能好，疲勞實驗后，剩余強(qiáng)度90%；重量輕，千米碳纖維抽油桿重量僅180公斤；柔韌性好，最小曲率半徑為350毫米，可盤繞生產(chǎn)和運輸；截面積小，僅為鋼制抽油桿的五分之一；碳纖維的減磨特性，極大地保護(hù)了套管；機(jī)械化操作；實際應(yīng)用節(jié)電三分之一以上，提高產(chǎn)油量三分之一以上，生產(chǎn)無污染，廢桿可回收再利用。

所處階段：成熟應(yīng)用階段

竹纖維復(fù)合材料結(jié)構(gòu)、性能

及制備工藝研究

項目簡介：該項目首次以竹材加工廢棄物和木材為原料，加工成竹、木纖維；按適當(dāng)比例制造竹木復(fù)合中密度纖維板，經(jīng)過系統(tǒng)研究和生產(chǎn)性實驗，科學(xué)地確定了竹，木纖維的合理比例，研究了溫度、壓力、時間之間的關(guān)系，確定了最佳工藝，為竹、木復(fù)合中密度纖維板生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)，成果達(dá)到國內(nèi)同類研究的領(lǐng)先水平。產(chǎn)品經(jīng)國家竹木產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心檢測，所檢項目符合GB/T11718-1999標(biāo)準(zhǔn)要求。

所處階段：初期階段

意義：該項目的研制成功，使竹構(gòu)加工廠廢棄物得到綜合利用，并創(chuàng)造了可觀的經(jīng)濟(jì)效益和無法估量的生態(tài)效益。

碳纖維復(fù)合材料加固鋼筋混凝土受彎構(gòu)件試驗研究

項目簡介：該項目采用碳纖維復(fù)合材料，對不同強(qiáng)度等級、不同配筋率的混凝土受彎構(gòu)件進(jìn)行加固，經(jīng)試驗分析，取得了斜截面抗剪和正截面抗彎破壞特征，構(gòu)件抗剪、抗彎能力增強(qiáng)規(guī)律，工作機(jī)理，材料的作用發(fā)揮（允許極限變形），二次受力的影響。給出了該項加固技術(shù)的設(shè)計計算方法、施工工藝、構(gòu)造措施、檢驗和驗收及施工安全注意事項等，并在此研究報告基礎(chǔ)上，在國內(nèi)首次編制了《碳纖維復(fù)合材料加固混凝土受彎構(gòu)件技術(shù)規(guī)程》，在工程建設(shè)中廣泛推廣應(yīng)用。

所處階段：成熟應(yīng)用階段

高阻燃性新型酚醛復(fù)合材料的研制

項目簡介：該課題研制了一種具有高阻燃性、能夠常溫固化的酚醛樹脂，應(yīng)用于玻璃纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料，得到具有高阻燃性的酚醛復(fù)合材料。

課題利用金屬鹽絡(luò)合催化制備出高臨位、高反應(yīng)活性的淺色酚醛樹脂；另采用間苯二酚與甲醛反應(yīng)形成初期樹脂，利用間苯二酚更高反應(yīng)活性的特點，并添加催化劑形成起快速固化作用的組份。這樣的雙組份樹脂具有常溫固化的特點，可用于玻璃鋼的手糊制作。樹脂具有低色澤、低氣味，常溫固化的特點，其固化產(chǎn)物和用該樹脂手糊制作的玻璃鋼板的燃燒性能如下：氧指數(shù)：樹脂為50.4；玻璃纖維板為72.1；玻璃纖維板的煙密度為5.4。無論樹脂還是玻璃纖維復(fù)合材料均具有優(yōu)良的阻燃性能和防火效果。使用該樹脂手糊制備的玻璃纖維復(fù)合材料的彎曲強(qiáng)度可達(dá)140MPa以上，彎曲彈性模量可大于14GPa，拉伸強(qiáng)度達(dá)到260MPa，其具有良好的機(jī)械性能，可滿足需要用于結(jié)構(gòu)材料。

所處階段：初期階段

意義：該種材料作為結(jié)構(gòu)材料能夠廣泛應(yīng)用于建筑、交通、礦山等領(lǐng)域，同時起到防火作用。

高性能高附加值木

纖維復(fù)合工程材料開發(fā)

項目簡介：利用該技術(shù)生產(chǎn)的木纖維/合成纖維復(fù)合材料是以木材或各種短纖維植物材料為原料，大規(guī)模生產(chǎn)制造各種形狀復(fù)雜的高強(qiáng)度工程產(chǎn)品。該技術(shù)解決了單純木質(zhì)材料壓延變形功能差，不能象塑料那樣通過一定的工藝過程形成具有復(fù)雜形狀結(jié)構(gòu)工程產(chǎn)品的問題。另一方面又解決了單純塑料制品在使用過程中熱穩(wěn)定性差、不易自然降解等問題。因此，該技術(shù)產(chǎn)品在轎車內(nèi)飾件，異型包裝材料、建筑裝飾材料、以及家具等方面有廣泛用途。極大地擴(kuò)展了木材及其制品的應(yīng)用領(lǐng)域。

所處階段：中期階段

意義：木纖維/合成纖維復(fù)合工程材料生產(chǎn)技術(shù)是人造板技術(shù)和紡織工業(yè)的無紡織技術(shù)嫁結(jié)而形成的新型技術(shù)路線，屬于國內(nèi)首創(chuàng)。

三維編織纖維增強(qiáng)醫(yī)用聚合物復(fù)合材料應(yīng)用基礎(chǔ)理論研究

項目簡介：該項目創(chuàng)造性的提出了將航空航天領(lǐng)域應(yīng)用的三維編織復(fù)合材料應(yīng)用于生物醫(yī)學(xué)骨科領(lǐng)域的理論構(gòu)想。首先對該復(fù)合材料在骨植入方面的應(yīng)用進(jìn)行了系統(tǒng)的基礎(chǔ)性研究，包括三維編織復(fù)合材料界面理論研究、成型理論研究、疲勞機(jī)理探索、吸濕理論和混雜效應(yīng)等的研究。在理論研究的基礎(chǔ)上，設(shè)計和制造出力學(xué)和生物學(xué)性能最適合骨愈合的特性要求的三維編織纖維復(fù)合材料。

所處階段：中期階段

明膠/蒙脫土雜化納米

復(fù)合材料

項目簡介：將二維片層狀增強(qiáng)材料—蒙脫土引入到生物相容性、降解性良好的生物材料—明膠中，使其高性能化。本論文首次將插層技術(shù)應(yīng)用到生物材料上，擴(kuò)大了蒙脫土的應(yīng)用范圍，對明膠等蛋白質(zhì)材料的性能改善探索了新的途徑，使其作為結(jié)構(gòu)生物材料具有潛在的應(yīng)用前景。制備了明膠/蒙脫土雜化納米復(fù)合材料，并通過DSC、TGA、SEM和拉伸性能測試等手段，考察了復(fù)合材料的熱性能和機(jī)械性能。結(jié)果表明，制得的復(fù)合材料為插層型或部分剝離型納米復(fù)合材料，其性能得到了顯著提高。復(fù)合材料DSC曲線中的高溫Tg峰值消失，熱失重和熱分解速率明顯降低。在不同的蒙脫土含量和明膠基體pH值的情況下，復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度和楊氏模量均明顯 提高。同時SEM照片顯示，由于蒙脫土的插層作用，明膠斷口表面呈現(xiàn)塑化的趨勢。

意義：該項目應(yīng)用前景廣闊。

纖維復(fù)合材料抗環(huán)境研究

項目簡介：纖維復(fù)合材料由于強(qiáng)度高、耐腐蝕等優(yōu)異性能而被廣泛用于許多特殊場合，但其抗環(huán)境性能與許多因素有關(guān)，研究這些因素對纖維復(fù)合材料影響對材料的應(yīng)用具有重要意義。本項目采用玻璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，用于對圓柱形水泥混泥土進(jìn)行增強(qiáng)，對這一增強(qiáng)系統(tǒng)在不同的熱濕條件下進(jìn)行處理，并對其抗壓性能進(jìn)行了測試，探討了復(fù)合條件、熱濕等外界條件對增強(qiáng)系統(tǒng)性能的影響。

意義：本研究結(jié)果對水泥混泥土結(jié)構(gòu)增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)具有一定的參考價值；可應(yīng)用于纖維復(fù)合材料、水泥混泥土結(jié)構(gòu)增強(qiáng)補(bǔ)強(qiáng)領(lǐng)域；在金屬材料易被腐蝕的場合采用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料，可產(chǎn)生明顯的經(jīng)濟(jì)效益。

殼聚糖-明膠網(wǎng)絡(luò)/羥基磷灰石復(fù)合材料支架的研究-成骨細(xì)胞培養(yǎng)

項目簡介：將原代培養(yǎng)大鼠顱骨成骨細(xì)胞第3代，種植于孔隙率分別為85.20%、90.40%和95.80%的支架材料中，結(jié)果大鼠顱骨成骨細(xì)胞在孔隙率為90.40%和95.80%的支架材料中生長良好，增殖較快，周圍分泌有大量細(xì)胞外基質(zhì)，3周時局部已出現(xiàn)骨樣組織，且細(xì)胞/支架結(jié)構(gòu)物有利于鈣質(zhì)沉積，表明此殼聚糖-明膠網(wǎng)絡(luò)/羥基磷灰石復(fù)合材料支架有望成為培養(yǎng)自體成骨細(xì)胞的材料，以重建新的骨組織。

成果類型：基礎(chǔ)理論

植物纖維增強(qiáng)熱塑性塑料

復(fù)合材料研究開發(fā)

項目簡介：該項目研究的技術(shù)水平達(dá)到國際先進(jìn)。項目以熱磨機(jī)械漿(TMP)等植物纖維為增強(qiáng)材料，以尼龍、聚丙烯等熱塑性塑料為基體，通過復(fù)合工藝制成新型材料。該復(fù)合材料制備工藝路線合理，技術(shù)先進(jìn)，植物纖維與基體之間產(chǎn)生良好的界面粘合作用，其主要性能指標(biāo)比基體提高0.2～2.0倍。其主要創(chuàng)新是通過分子設(shè)計成功開發(fā)出蠟狀相容劑、攻克了植物纖維復(fù)合材料研制中TMP強(qiáng)度低、基體加工溫度高易導(dǎo)致纖維發(fā)生熱降解等技術(shù)難題。產(chǎn)品具有質(zhì)輕、價廉、材料的收縮與扭曲小、機(jī)械性能高、加工性好、能耗小、對生產(chǎn)設(shè)備磨損小等優(yōu)點；產(chǎn)品性能價格比高，且國內(nèi)尚未見此類產(chǎn)品問世；加工過程不僅可以采用傳統(tǒng)的通過粒子原料成型，而且可以采用增強(qiáng)劑與基體直接復(fù)合成型。

所處階段：成熟應(yīng)用階段

纖維復(fù)合材料（FRP）在混凝土輸水洞（管）修復(fù)加固中應(yīng)用

項目簡介：該課題針對鋼筋混凝土輸水洞（管）在有壓水流、有害介質(zhì)、脈動壓力作用下，造成混凝土碳化、裂縫、滲水、漏水、鋼筋腐蝕等病害，采用高新纖維材料（FRP），并自主開發(fā)研制了適用于潮濕條件的專用結(jié)構(gòu)膠及相應(yīng)的混凝土修補(bǔ)材料，研究出一種新型有效的粘貼補(bǔ)強(qiáng)加固技術(shù)。

所處階段：成熟應(yīng)用階段

新型復(fù)合增強(qiáng)纖維摩阻材料

項目簡介：該項技術(shù)不采用金屬材料，而是采用性能優(yōu)良的復(fù)合纖維和耐熱性能優(yōu)越的粘合劑混合制成的剎車片，它具有成本低、密度小；耐溫、耐磨、耐環(huán)境性能好等特點。這類摩阻材料具有穩(wěn)定的摩擦性能，且耐高溫技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到或超過國家標(biāo)準(zhǔn)，在潮濕、酸性氣體環(huán)境中不腐蝕生銹、不發(fā)生力學(xué)衰退，在高溫時的磨損率遠(yuǎn)低于國標(biāo)GB5763-1998的要求。從90年代初期至今，曾開發(fā)了諸如碳纖維增強(qiáng)、Kevlaar纖維等摩阻材料。目前國內(nèi)市場上除少數(shù)采用非金屬材料外，絕大多數(shù)采用半金屬摩阻材料。

制磚用植物纖維鎂質(zhì)復(fù)合材料技術(shù)

項目簡介：產(chǎn)品特性：抗裂、抗震性；不返鹵；保溫隔熱性；輕質(zhì)、強(qiáng)度；防水性與水泥粘附性；能釘、能切割、易加工；施工方便；價格便宜。由于材料的差異輕質(zhì)加氣植物纖維復(fù)合磚盡管比較廉價，但與傳統(tǒng)粘土磚相比價格略高，需要在大規(guī)模生產(chǎn)中注意降低成本。

所處階段：中期階段