復(fù)合材料的發(fā)展
復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料,它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點,克服單一材料的缺陷,擴大材料的應(yīng)用范圍。由于復(fù)合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優(yōu)良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點,已逐步取代木材及金屬合金,廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車、電氣、、健身器材等領(lǐng)域,在近幾年更是得到了飛速發(fā)展。
隨著科技的發(fā)展,樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進步,生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強復(fù)合材料的價格已被許多行業(yè)接受,但玻纖增強復(fù)合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強復(fù)合材料相繼問世,使高分子復(fù)合材料家族更加完備,已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達550多萬噸,年產(chǎn)值達1300億美元以上,若將歐、美的軍事航空航天的高價值產(chǎn)品計入,其產(chǎn)值將更為驚人。從全球范圍看,世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長,而亞洲的日本則因不景氣,發(fā)展較為緩慢,但中國尤其是中國內(nèi)地的發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司,2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%,年產(chǎn)量約200萬噸。與此同時,美國復(fù)合材料在20世紀90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍,達到4%~6%。2000年,美國復(fù)合材料的年產(chǎn)量達170萬噸左右。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與經(jīng)濟的整體變化密切相關(guān),各國的占有率變化很大??傮w而言,亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長,2000年的總產(chǎn)量約為145萬噸,預(yù)計2005年總產(chǎn)量將達180萬噸。
從應(yīng)用上看,復(fù)合材料在美國和歐洲主要用于航空航天、汽車等行業(yè)。2000年美國汽車零件的復(fù)合材料用量達14.8萬噸,歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本,復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè),如衛(wèi)浴設(shè)備等,此類產(chǎn)品在2000年的用量達7.5萬噸,汽車等領(lǐng)域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看,汽車是復(fù)合材料最大的用戶,今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮螅壳斑€有許多新技術(shù)正在開發(fā)中。例如,為降低發(fā)動機噪聲,增加轎車的舒適性,正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板;為滿足發(fā)動機向高速、增壓、高負荷方向發(fā)展的要求,發(fā)動機活塞、連桿、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料。為滿足汽車輕量化要求,必將會有越來越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中。與此同時,隨著近年來人們對環(huán)保問題的日益重視,高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進一步推廣。例如,用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料,在北美已被大量用作托盤和包裝箱,用以替代木制產(chǎn)品;而可降解復(fù)合材料也成為國內(nèi)外開發(fā)研究的重點。
另外,納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注,納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點。以納米改性塑料,可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統(tǒng)材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時,大大提高了材料的綜合性能。