樹脂基復合材料的應用與發展

喬嶺峰

【摘 要】樹脂基復合材料當前在交通、化工、輕工、機械、電子、水利、汽車、家電和宇航等各個領域應用非常廣泛。基于此，本文對樹脂基復合材料的實際應用和發展進行了闡述。

【關鍵詞】樹脂基復合材料；應用；發展

引 言

樹脂基復合材料也稱纖維增強塑料，是目前技術比較成熟且應用最為廣泛的一類復合材料。這種材料是用短切的或連續纖維及其織物增強熱固性或熱塑性樹脂基體，經復合而成。以玻璃纖維作為增強相的樹脂基復合材料在世界范圍內已形成了產業，在我國俗稱玻璃鋼。

一、樹脂基復合材料的概述

（一）樹脂基復合材料的組成

樹脂基復合材料作為一種復合材料，是由兩個或兩個以上的獨立物理相，包含基體材料和增強材料所組成的一種固體產物。樹脂基復合材料采用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。

1.玻璃纖維

目前用于高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由于高強度玻璃纖維性價比較高，因此增長率也比較快，年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面，近年來民用產品也有廣泛應用，如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫制品等。

2.碳纖維

碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能，首先在航空航天領域得到廣泛應用，近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛采用。據預測，土木建筑、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模采用工業級碳纖維。我國的碳纖維總體水平還比較低，相當于國外七十年代中、末期水平，與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。

（二）樹脂基復合材料的性能特點

1.各向異性（短切纖維復合材料等顯各向同性）；

2.不均質（或結構組織質地的不連續性）；

3.呈粘彈性行為；

4.纖維（或樹脂）體積含量不同，材料的物理性能差異；

5.影響質量因素多，材料性能多呈分散性。

（三）樹脂基復合材料的種類

1.熱固性樹脂基復合材料

熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體，以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料制成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度，廣泛應用于化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。

2.熱塑性樹脂基復合材料

熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年代發展起來的，主要有長纖維增強粒料、連續纖維增強預浸帶和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料。根據使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢，該品種的復合材料發展較快，歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經占到樹脂基復合材料總量的30%以上。

二、我國復合材料的發展潛力和熱點

（一）復合材料創新

復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用，具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年，亞洲占世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg，亞洲地區具有極大的增長潛力。

（二）開發能源、交通用復合材料市場

一是清潔、可再生能源用復合材料，包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器；二是汽車、城市軌道交通用復合材料，包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件，軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等；三是民航客機用復合材料，主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約占10%，主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。

（三）纖維復合材料基礎設施應用

國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛，與傳統材料相比有很多優點，特別是在橋梁上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。

（四）復合材料綜合處理與再生

重點發展物理回收（粉碎回收）、化學回收（熱裂解）和能量回收，加強技術路線、綜合處理技術研究，示范生產線建設，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的應用、在拉擠制品中的應用以及在SMC/BMC模壓制品中的應用和典型產品中的應用。

三、樹脂基復合材料在體育娛樂器材方面的應用

復合材料體育用品種類很多：有水上體育用品、如復合材料皮艇、賽艇、滑艇、帆船、帆板、沖浪板等；球類運動器材有網球拍、羽毛球拍及壘球棒、籃球架的籃板等；冰雪運動中有復合材料滑雪板、滑雪杖、雪撬、冰球棒等；跳高運動用的撐桿、射箭運動的弓和箭等也都選用復合材料代替傳統的竹、木及金屬材料。實踐證明，很多體育用品改用復合材料制造后，大大地改善了其使用性能，使運動員創造出好成績。

在娛樂設施中，復合材料已大量用于游樂車、游樂船、水上滑梯、速滑車、碰碰車、兒童滑梯等產品，這些產品充分發揮了玻璃鋼重量輕、強度高、耐水、耐磨、耐撞、色澤鮮艷、產品美觀及制造方便等特點。目前國內各大公園及各游樂場的娛樂設施，都已基本上用玻璃鋼代替了傳統材料。

復合材料釣魚竿是體育娛樂器材中的大宗產品，它主要分為玻璃鋼釣魚竿和碳纖維復合材料釣魚竿兩類。其最大特點是強度高、重量強、可收縮、攜帶方便、造型美觀等。

四、在環境保護領域中的應用

隨著工業的發展，環境污染問題已成為當今世界令人關心的問題之一，許多國家投入巨大人力、物力，致力于環境保護工業這一新興工業部門。

玻璃鋼在給排水管道工程中已得到了廣泛的應用，最近幾年，越來越多的廢水處理系統的管道用玻璃鋼制造，一個基本原因就是廢水的耐蝕介質的種類和腐蝕性能都在不斷增加，這就要求使用耐蝕性能更好的材料，而而腐蝕玻璃鋼是滿足這種需求的最好材料。

五、結論

復合材料在娛樂設施交通能源醫用等方面用途廣泛，尤其是在新能源方面有很好的發展優勢隨著科技的發展，樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步，生產廠家的制造能力普遍提高，使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業接受。

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