FRP復合材料在工程中的應用及其前景研究

李俊斌 宋波濤 劉璞

摘 要 隨著新材料技術的不斷發展，復合材料越來越受到國內外的重視。FRP復合材料因其具有其他材料無可比擬的優勢而在建筑、航空等領域被廣泛使用。本文主要分析了FRP復合材料在有關工程中的應用，展望了FRP復合材料未來發展前景，以促進FRP復合材料在工程中充分發揮作用。

關鍵詞 FRP復合材料;工程;耐腐蝕性

FRP復合材料具有高強、輕質等優勢，因此工程中廣泛利用FRP復合材料，當前拉擠成型和環繞等工業化手段生產FRP復合材料，可以在最大限度上滿足工程需求。對比傳統材料，FRP復合材料具有顯著的優勢，在工程未來發展過程中，FRP復合材料都會持續發揮重要的作用。

1FRP復合材料的優勢

1.1 較高的比強度和比剛度

FRP復合材料密度較小，抗拉強度較大。因為FRP復合材料具有輕質便攜的優勢，提高了工程組裝制造的便利性。施工單位可以在工廠預制生產FRP復合材料之后，再運輸到施工現場施工，降低了整體運輸成本，滿足現代工程需求。在現場吊裝過程中，FRP復合材料的荷載比較小，可以節省人力安裝負載，同時可以節省施工時間，進一步提高整體工程工作效率[1]。

1.2 耐疲勞

FRP復合材料具有良好的拉伸性能，金屬材料的疲勞極限通常是強度極限的40%～50%，而FRP復合材料的疲勞極限可達強度極限的70%～80%。因為FRP復合材料纖維含量比較高，整體徐變量比較小，在工程中利用FRP復合材料，可以提高整體工程質量。

1.3 減振性能強

因為FRP復合材料的基底材料和纖維之間具有較大的阻尼，FRP復合材料抗振動能力比較強，如果結構受載較大，超出構件承載力之后，少量纖維會發生斷裂，結構應力重新分布，受力較小的纖維應力變大，整體應力均勻分布，發揮良好的減振性能。

1.4 耐腐蝕性

隨著工程技術水平的不斷提高，工程環境和工程條件也變得更加復雜。地下水和雨水可能會腐蝕工程鋼筋，利用FRP復合材料，可以發揮出顯著的抗腐蝕能力。FRP復合材料適用于酸性和堿性環境，同時也可以抵抗海水腐蝕，因此其應用范圍更加廣泛。因為FRP復合材料中具有高分子聚合物，降解難度比較大，因此FRP復合材料不會輕易被破壞，且對生態環境污染小。此優勢可以節省工程維護成本，同時也為日后修復工作提供便利。

2FRP復合材料在工程中的應用

2.1 在航空工業中應用

FRP復合材料在航空工業發展過程中發揮著重要的作用，新一代戰斗機上FRP復合材料的用量已經達到總重量的25%～30%。FRP復合材料在機身、機翼等部位都有所應用。FRP復合材料在應用過程中不斷積累應用經驗，提高應用技術水平，同時完善配套技術，從非承力構件整流蒙皮逐漸發展為承力構件尾翼、機翼，從簡單結構層合壁板發展為整體FRP復合材料結構尾翼和機翼。在飛機上應用FRP復合材料，可以實現15%～30%的減重可以有效降低飛機結構重量，使飛機機動性能和有效荷載不斷提高。當前飛機結構FRP復合材料化已經成為發展趨勢，成為不可或缺的航空結構材料。在20世紀90年代，先進戰斗機已經開始利用先進的樹脂基復合材料，主要是應用在機翼、機身、尾翼等承力構件上。

國內FRP復合材料不斷發展，相關制造技術也不斷發展成熟，逐漸完善了裝配技術和配套的無損檢測技術等，在直升機、殲擊機及大型飛機上都開始利用FRP復合材料。我國不斷發展自動化和數字化的制造技術，使FRP復合材料構件的制造質量不斷提高。積極引進設備，采用自動鋪放技術制造大型飛機FRP復合材料構件，提高構件的精度，發揮高效率成型優勢。重視發展FRP復合材料構件成型模具技術，高效研制FRP復合材料構件。

2.2 在航空裝飾中應用

FRP復合材料具有耐腐蝕特征，因此在航空工程中廣泛應用。在航空裝飾工程中利用FRP復合材料，可以減少后續維護支出，同時可以延長使用壽命[2]。FRP復合材料可以制作不同的顏色，并且具有顯著的透光性，可以根據工程情況選擇合理的FRP復合材料的色彩，通過設計調整技術，保障產品的透光率。

3FRP復合材料的發展前景

社會經濟發展過程中，傳統的材料已無法滿足工程需求。而FRP復合材料具有較小的密度，良好的抗腐蝕性和抗拉強度等優勢，可以適應復雜的使用環境。在今后發展過程中，在超航空工業工程中會廣泛利用FRP復合材料。在海洋工程中，FRP復合材料也發揮著重要的作用，可以結合海洋環境，提高FRP復合材料的耐腐蝕性能，進一步提高FRP復合材料的耐久性，深入推廣應用FRP復合材料[3]。

FRP復合材料在我國具有廣闊的發展空間，但是在發展過程中也存在一定問題。在FRP復合材料研制時，需要改良制備工藝，促使FRP復合材料可以與使用環境協調。我國在未來發展過程中，需要改進FRP復合材料加工工藝和設備，進一步提高工程工作效率，節省工程成本。優化FRP復合材料檢測方法，細化構件檢測指標，促進FRP復合材料在工程中充分發揮作用。

4結束語

因為FRP復合材料具有顯著的優勢，在工程應用過程中發揮著重要作用，在未來發展過程中，我國需要加大力度進行相關研究，持續深入推廣應用FRP復合材料。

參考文獻

[1] 吳琨.熱塑性樹脂基復合材料在航空領域的研究進展[J].價值工程，2020，39（09）：210-211.

[2] 袁媛.基于航空的復合材料與金屬連接結構的拉伸性能及漸進損害研究[J].工業加熱，2019，48（05）：55-58.

[3] 周毅.復合材料在航空工程中的應用研究現狀及前景[J].決策探索（中），2018（08）：63.