復合材料的發(fā)展和應用論文
在學習和工作中，大家都寫過論文吧，論文可以推廣經(jīng)驗，交流認識。那么問題來了，到底應如何寫一篇優(yōu)秀的論文呢？下面是小編為大家整理的復合材料的發(fā)展和應用論文，希望能夠幫助到大家。
復合材料的發(fā)展和應用論文 篇1
全球復合材料發(fā)展概況
復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，擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、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，廣泛應用于航空航天、汽車、電子電氣、建筑、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，使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此，碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問世，使高分子復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)。近幾年歐美復合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長，而亞洲的日本則因經(jīng)濟不景氣，發(fā)展較為緩慢，但中國尤其是中國內(nèi)地的市場發(fā)展迅速。據(jù)世界主要復合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計，2000年歐洲的復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，美國復合材料的年產(chǎn)量達170萬噸左右。特別是汽車用復合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發(fā)展情況與政治經(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，亞洲的復合材料仍將繼續(xù)增長，2000年的總產(chǎn)量約為145萬噸，預計2005年總產(chǎn)量將達180萬噸。
從應用上看，復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合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本，復合材料主要用于住宅建設，如衛(wèi)浴設備等，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，汽車工業(yè)是復合材料最大的用戶，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮�，目前還有許多新技術(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、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業(yè)中。與此同時，隨著近年來人們對環(huán)保問題的日益重視，高分子復合材料取代木材方面的應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。
樹脂基復合材料的增強材料
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(chǎn)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、各類耐高溫制品以及近期報道的性能優(yōu)異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬于耐高溫的玻璃纖維，是比較理想的耐熱防火材料，用其增強酚醛樹脂可制成各種結(jié)構(gòu)的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件，大量應用于火箭、導彈的防熱材料。迄今為止，我國已經(jīng)實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中，只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平，且擁有自主知識產(chǎn)權(quán)，形成了小規(guī)模的產(chǎn)業(yè)，現(xiàn)階段年產(chǎn)可達500噸。
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(lǐng)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(jù)預測，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。1997~2000年間，宇航用碳纖維的年增長率估計為31%，而工業(yè)用碳纖維的年增長率估計會達到130%。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(chǎn)碳纖維的主要問題是性能不太穩(wěn)定且離散系數(shù)大、無高性能碳纖維、品種單一、規(guī)格不全、連續(xù)長度不夠、未經(jīng)表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀80年代以來，荷蘭、日本、前蘇聯(lián)也先后開展了芳綸纖維的研制開發(fā)工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場，年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高，因此被廣泛應用于航空航天領(lǐng)域的高性能復合材料零部件（如火箭發(fā)動機殼體、飛機發(fā)動機艙、整流罩、方向舵等）、艦船（如核潛艇、游艇、救生艇等）、汽車（如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等）以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一，尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優(yōu)良。它還具有優(yōu)良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性，許多國家已用它來制造艦艇的高頻聲納導流罩，大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領(lǐng)域，在汽車制造、船舶制造、醫(yī)療器械、體育運動器材等領(lǐng)域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經(jīng)問世就引起了世界發(fā)達國家的極大興趣和重視。
5、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(huán)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(huán)氧樹脂的特點是具有優(yōu)良的化學穩(wěn)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(lǐng)域。1993年世界環(huán)氧樹脂生產(chǎn)能力為130萬噸，1996年遞增到143萬噸，1997年為148萬噸，1999年150萬噸，2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環(huán)氧樹脂，據(jù)不完全統(tǒng)計，目前我國環(huán)氧樹脂生產(chǎn)企業(yè)約有170多家，總生產(chǎn)能力為50多萬噸，設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優(yōu)異、低發(fā)煙性和耐酸性優(yōu)異等特點，因而在復合材料產(chǎn)業(yè)的各個領(lǐng)域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產(chǎn)量為300萬噸，其中美國為164萬噸。我國的產(chǎn)量為18萬噸，進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年代發(fā)展起來的一類新型熱固性樹脂，其特點是耐腐蝕性好，耐溶劑性好，機械強度高，延伸率大，與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結(jié)性能好，耐疲勞性能好，電性能佳，耐熱老化，固化收縮率低，可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂，已廣泛用于貯罐、容器、管道等，有的品種還能用于防水和熱壓成型。南京聚隆復合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產(chǎn)乙烯基酯樹脂。
復合材料的發(fā)展和應用論文 篇2
引言：
在目前被應用在土木工程建設中的復合材料的種類上來看，一種新型的符合材料成為了工程施工建設的寵兒，被廣泛地應用在了建筑建造過程中去，這種材料被稱之為FRP，它具有相當輕的重量并且成型方式十分的簡便，硬度強度方面也完全符合要求，還具有較強的耐酸耐腐蝕性的特點，其經(jīng)久耐用的同時還兼?zhèn)淞朔奖闶┕さ膬?yōu)勢，和傳統(tǒng)在建筑建造過程中使用的鋼材和混凝土材料是截然不同的，由此可見其具備有十分長遠且良好的經(jīng)濟發(fā)展前景。
一、FRP的概念與FRP在施工過程中的作用
我們所說的復合材料，其實利用各類材料的物理和化學性質(zhì)來進行運用和融合從而達到將兩種乃至兩種以上的不同性質(zhì)的材料合并到一起的材料，為建筑工業(yè)帶來了不少的可能性，因為通過該項研究的發(fā)展，我們不僅是將材料進行復合處理達到了性能互補的效果，還時常在原有基礎上開發(fā)出了新的性能。其優(yōu)勢就在于能夠比單一地運用某些材料要來的更加全能并且更能滿足不同的建筑建造應用需求。
而剛才所說的FRP復合材料嚴格意義上來說就是一種纖維增強復合材料，并且從歷史發(fā)展角度來說，F(xiàn)RP復合材料的發(fā)展起源是在很久以前就已經(jīng)出現(xiàn)了雛形了，大約是在二十世紀五六十年代的時候，就有學者開始嘗試將纖維增強復合材料在民用建筑的施工過程中進行應用了，例如二十世紀六十年代時的英國教堂建筑尖頂就采用了玻璃纖維增強復合材料，并且該類型的材料還被利物浦用作搭建人行天橋，我國則是在二十世紀七八十年代才對這種類型的材料進行了一定規(guī)模的使用。
FRP復合材料可以在各類建筑建造過程中所采用的某些結(jié)構(gòu)部件的表面實施附著從而達到一定的受力效果，主要目的是在土木工程建設中輔助加固材料并加大其受力的范圍。在很早以前我們的土木工程建設中通常是利用復合材料來在內(nèi)部進行加固和防潮的作用，避免建筑物因為天氣的原因經(jīng)過長時間的裸露影響而導致外部的鋼筋生銹和腐蝕。所以提前將具有纖維性質(zhì)的復合材料來對內(nèi)部進行附著從而起到一定的防護作用。
那么碳纖維性復合性材料的出現(xiàn)則極大地幫助了對橋梁進行重新穩(wěn)固的建設過程。在后期碳纖維性復合材料的研究范圍不斷的被拓展的過程中，其針對各類不同的建筑物實時建設過程中的影響也不斷地在增強。與此同時，F(xiàn)RP復合建筑材料的技術(shù)結(jié)構(gòu)形式在建筑行業(yè)中的實際作用也在發(fā)生著翻天覆地的變化，F(xiàn)RP復合建筑材料不僅僅能夠在各類不同的建筑物內(nèi)部進行粘貼和纏繞，還用于支撐現(xiàn)代交通建設的橋梁和地下隧道的鋪設等等，其技術(shù)結(jié)構(gòu)形式正以豐富的變化展現(xiàn)在人們的日常生活中，存在不同形式的各種建筑物的各種結(jié)構(gòu)中保持加強建筑穩(wěn)定性的作用，尤其在以鋼結(jié)構(gòu)為主體的建筑加工方面的用途是在所有的建筑施工材料中都遙遙領(lǐng)先的。
二、FRP復合材料優(yōu)缺點分析
首先，我們要說一下FRP的纖維比重和重量方面的特點，從重量上來說是比較輕盈的，而纖維比重則相對于其他單一的建筑施工材料要更大，強度也會比較高，從它的物理特性來說是可以有效的替代鋼筋的一種復合材料并且可以避免鋼筋所會出現(xiàn)的容易受水汽氧化腐蝕的情況，有效地對建筑的框架結(jié)構(gòu)實施保護，防止其受到不可抗應力例如溫度濕度的破壞。
其次，F(xiàn)RP復合材料可有效的控制建筑建造的成本，節(jié)省相關(guān)費用的同時將時間花費的成本盡可能地進行降低，針對部分特殊工程提出的無磁性要求也可以很好地滿足，而鋼筋材料是做不到這點的。
所以綜上所述，我們常見的被應用在實際的建筑建造過程中的FRP復合材料結(jié)構(gòu)可以分為下面幾種結(jié)構(gòu)類型，首先是FRP橋面體系其具有能夠提高道路橋梁對于外部環(huán)境的抵抗作用，并且延長道路橋梁的使用壽命的優(yōu)點，被廣泛地應用在了道路橋梁交通建設當中，其還能夠降低橋面的整體重量，增加道路橋梁的穩(wěn)固性。
其次則是FRP輕質(zhì)橋梁，F(xiàn)RP輕型橋梁是被大部分應用在人行天橋的使用過程中的，該類型橋梁采用的全部都是FRP復合材料，有效地降低了橋梁工程整體上部構(gòu)造重量并且縮短了施工工期。
FRP復合材料所建設的橋梁與傳統(tǒng)的橋梁承受力情況有很大的不同，其缺點是雖然承載能力相對比較強，但是其剛度的情況并不理想，而且由于FRP的受力特點是以線性設計為中心的，在完全破壞出現(xiàn)之后，整個材料的架構(gòu)會出現(xiàn)明顯的變形狀況，這些都是FRP復合材料比較明顯的缺點。
三、結(jié)束語
跟隨著近年來的發(fā)展趨勢，土木工程建設中的用量和制造過程逐漸的精化和細致，我們的建筑結(jié)構(gòu)形式趨于多樣化的當下，對于復合材料的研究還有很大的發(fā)展空間，另外針對以往所存在的弊端也要進行認真的總結(jié)和核查，并提出相關(guān)的在復合材料方面的改良措施，相信會有很大的進步。
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復合材料的發(fā)展和應用論文 篇3
復合材料自研發(fā)以來，被廣泛地運用于航空工業(yè)中，例如在民用航天領(lǐng)域上，飛機的大部分都是采用復合材料，在航天飛行器的許多零件也是由復合材料構(gòu)成的，導彈、運載火箭等的應用更是普遍，由此可見復合材料對航空工業(yè)的重要性。但是我國目前在復合材料的技術(shù)方面還不太成熟，所以我們要在前人的基礎上不斷探求發(fā)展之路。
1、復合材料的發(fā)展歷程
我國在1958年開始使用復合材料，初期便運用于航天工業(yè)。之后，我國的復合材料發(fā)展迅速，復合材料被廣泛地應用于各個領(lǐng)域。一開始，復合材料主要用在飛機的雷達罩、副油箱等，但當時采用的是玻璃鋼纖維，由于玻璃鋼纖維的彈性很小，不能運用于飛機受力大的部位，后來便出現(xiàn)了硼纖維，但硼纖維因為不能被長時間加工，所以只能用在飛機修理方面，綜合各方面因素，碳纖維成了飛機上主要使用的復合材料�，F(xiàn)如今，復合材料憑借著它抗腐蝕性好、成本低、使用時間長等優(yōu)點應用在飛機的各個方面。50多年過去了，我國的復合材料技術(shù)不斷發(fā)展，現(xiàn)已經(jīng)建立的航空航天材料基本體系可以滿足我國目前航空航天需求，復合材料的生產(chǎn)能力和協(xié)作配套網(wǎng)絡，也使得我國的航天工業(yè)處于穩(wěn)定發(fā)展階段，形成復合材料的所用的原材料也基本上是自產(chǎn)自銷。雖然這樣，我們在某些高水平研究上人與發(fā)達國家有較大的差距，優(yōu)質(zhì)的碳纖維和其他高水平的復合材料大多數(shù)是從其他國家買進的，這極大地限制了我國航天技術(shù)的發(fā)展。所以目前我們不僅要增加復合材料的產(chǎn)量而且還得提高它的質(zhì)量，只有復合材料的技術(shù)提高，我國的航天工業(yè)才會更迅速地發(fā)展起來。
2、復合材料的應用
2.1復合材料在軍事方面的應用
復合材料在一問世時，就被應用在軍事飛機上，復合材料的使用使軍機更加輕便，可攜帶更多的炸彈。隨著時代的發(fā)展，復合材料在軍機上所占比重越來越大，所承擔的任務越來越重要。復合材料不僅僅用在戰(zhàn)機上面，在直升機上也廣泛應用，復合材料使得直升機的重量減輕，在起飛時節(jié)省時間，同時復合材料的應用還可以減少直升飛機的墜毀概率，保障了戰(zhàn)士們的安全。近幾年，無人機的'問世也掀起了一陣熱潮，無人機的主要作用是攜帶武器，作為戰(zhàn)斗武器來使用，這就要求無人機在體積一定的情況下盡可能多的裝備武器，復合材料使這個設想成為可能。RQ-4B高空長時間無人偵察機，除機身主結(jié)構(gòu)為鋁合金外，剩下的都是復合材料構(gòu)成的。軍事中不僅僅有戰(zhàn)斗還有物資需求，采用復合材料制造出來的大型貨運機可以攜帶大量的軍需物資，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮巨大作用。
2.2復合材料在民用方面的應用
現(xiàn)在復合材料漸漸應用于民用飛機上。由于民用飛機與戰(zhàn)機不同，民用飛機載人數(shù)量多、重量大，所以這就要求飛機的結(jié)構(gòu)牢固。在初期，復合材料只用在一些輔助性的結(jié)構(gòu)上，比如我們所熟知的波音號飛機，在前幾個型號上，復合材料的應用不足10%，而后來隨著復合材料技術(shù)的不斷精進，幾年之后波音787上的復合材料竟然占到機身總重量的一半并且廣泛應用在主要受力結(jié)構(gòu)上。復合材料在民用飛機上大范圍使用這是民用飛機史上的一次重大改變，復合材料讓飛機更加輕便，強度更高，使用年限更久同時也使飛機的安全性得到了保障，復合材料的還使得飛機的成本下降，所以，復合材料在民用航空的前景必然十分光明。
2.3復合材料在航天的應用
當航天技術(shù)開始研究時，科學家們就提出必須要用先進的、輕便的、耐用的材料來制作。航天飛機最主要的任務就是以最低的成本，用可持續(xù)利用的飛行器，把盡可能大的有效載荷送上太空中。那時候人們就開始研制高科技材料，經(jīng)過不斷的試驗和技術(shù)的提高，人們發(fā)現(xiàn)復合材料不僅具有高比強度、高比剛度和重量輕等優(yōu)點，某些復合材料還有可以焊接、耐腐蝕等獨特的優(yōu)點，這些優(yōu)點都非常符合航天飛機結(jié)構(gòu)材料要求尤其適用于軌道器結(jié)構(gòu)系統(tǒng)中。在航天飛機上，它的推力結(jié)構(gòu)用的是硼/環(huán)氧、鋁/硼和石墨/環(huán)氧等復合材料，在環(huán)形框架、大梁、衍條、蒙皮橫梁、連接件中也采用了大量的復合材料，儲箱的襯桶上用玻璃纖維圍繞著，外殼用玻璃纖維和蜂窩纖維包裹，航天飛機上復合材料的用量高達190多公斤。
3、復合材料技術(shù)未來的發(fā)展
復合材料的發(fā)展歷史和在航天工業(yè)的應用我們已經(jīng)有所了解，復合材料的重要性已經(jīng)不言而喻，所以復合材料的前景是十分光明的但是到目前為止，復合材料還沒有被普遍地使用，究其根由有這幾方面：第一是復合材料的造價太貴，這并不是說復合材料的成本高，它的成本是低于一般材料的，但由于技術(shù)的不成熟和原料的不充裕，綜合下來它的造價是非常高的。第二是國內(nèi)的復合材料原材料不符合標準，基礎非常差。第三是因為我國的理論知識非常落后。由于歷史原因，我國的高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步較遲發(fā)展較為緩慢，復合材料在國內(nèi)的應用也比較晚，這些原因?qū)е碌氖俏覈膹秃喜牧霞夹g(shù)很不完善。在航天工業(yè)中，我國許多復合材料依賴進口，本國并不能生產(chǎn)，所以我們面臨的主要問題是如何大力發(fā)展我們的技術(shù)，不再一味的向其他國際買進，形成我們自己的特色產(chǎn)品。
作者認為應該從以下幾個方面改進：
(1)對航空航天與民用領(lǐng)域中廣泛采用的材料例如各種先進復合材料及一些傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)材料進行精加工，進一步研制，使它們的成本下降，可以廣泛用在各個領(lǐng)域。
(2)加強對復合材料原材料的改進。
(3)利用發(fā)達的計算機技術(shù)來進行理論設計，減少了材料的浪費，達到省時省力保證質(zhì)量和降低成本的目的。
4、結(jié)束語
我國的復合材料技術(shù)在起步時就已經(jīng)落后于其他國家，當復合材料的重要性越來越明顯，應用前景越來越廣泛時，我們不能再落后，國家應大力扶持復合材料在航天工業(yè)中的研究項目，在新世紀我國的航天工業(yè)會隨著復合材料技術(shù)的發(fā)展逐漸壯大，屹立于世界不敗之地。
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