لمحة عامة حول التطور الذي شهدته المواد المركبة في الداخل والخارج

نظرًا لأن المركبات العالية الأداء تُضمَّن في المادة المركبة كاملة، وينظر إلى أن الأداء العالي يشكل مجالًا نسبيًا واسعًا، فمن الأفضل أن نتحدث عن المادة المركبة كاملة عند وصف المرور التطوري المحلي والدولي. يمكن تقسيم المركبات إلى المركبات ذات المصفوفة الببتية، والمركبات ذات المصفوفة المعدنية، والمركبات ذات المصفوفة السيراميكية، والمركبات ذات المصفوفة الأسمنتية، وما إلى ذلك، حسب نوع المصفوفة.

(أ) مرور التطور في المركبات ذات المصفوفة الببتية في الداخل والخارج
المركبات ذات المصفوفة الببتية هي أول المركبات التي تم تطويرها وتعزيزها صناعياً، لذلك تمتلك أكثر تطبيقات ودرجة صناعية أعلى. وفقًا للسلوك الحراري للمصفوفة، يمكن تقسيمها إلى المركبات البلاستيكية الحرارية والمركبات البلاستيكية الحرارية الصلبة.

1. المركبات ذات المصفوفة الببتية الصلبة
المركبات ذات المصفوفة الببتية الصلبة هي المركبات المصنوعة من الببتيات الصلبة الحرارية مثل الببتيات غير المشبعة للبوليستر، والببتيات الإيبوكسي، والببتيات الفينوليك، والببتيات الفينيلستر وما إلى ذلك، وتم تقويةها باستخدام الألياف الزجاجية، والألياف الكربونية، والألياف الأراميدية، والألياف العالية الوزن الجزيئي الفائقة، وما إلى ذلك.

تم تطوير المركبات ذات المصفوفة الببتية منذ أكثر من 70 عامًا منذ ولادتها في الولايات المتحدة في عام 1932. من عام 1940 إلى عام 1945، استخدمت الولايات المتحدة لأول مرة البوليستر (GRP) المزج مع الألياف الزجاجية اليدوية لتصنيع قبة الرادار العسكرية والخزان الوقود للطائرة، مما فتح الطريق لتطبيق المركبات ذات المصفوفة الببتية في الصناعة العسكرية.

في عام 1944، استخدم سلاح الجو الأمريكي التركيب المشترك للمركبات ذات المصفوفة الببتية لأول مرة في تصنيع الأجنحة والجسم الطائري للطائرة؛ في عام 1946، تمت براءة اختراع تشكيل اللف في الولايات المتحدة؛ في عام 1950، تم تطوير عملية تشكيل الكيس المفرغ والكيس الضغطية بنجاح، وتم تصنيع مروحة الطائرات الهليكوبتر بنجاح على أساس التجربة؛ في عام 1949، تم تطوير المزيج المسبق للألياف الزجاجية بنجاح، وتم الضغط على أجزاء المركبات ذات المصفوفة الببتية ذات السطح الملس باستخدام الطريقة التقليدية للتشكيل؛ في ستينيات القرن الماضي، استخدمت الولايات المتحدة تقنية اللف بنجاح في تطوير "في ستينيات القرن الماضي، قامت الولايات المتحدة بتنمية غلاف محرك الصاروخ البولارس A بواسطة تقنية اللف. من أجل تحسين إنتاجية عملية اللaminaة اليدوية، تم تطوير وتطبيق عملية الصب في هذه الفترة، مما زاد الكفاءة الإنتاجية بمعدل 2 - 4 أضعاف.

في عام 1961، نجحت ألمانيا في تطوير المركب المصنوع للصفائح (SMC)، مما جعل عملية التشكيل تصل إلى مستوى جديد (ضغط متوسط، درجة حرارة متوسطة، منتجات سطح الطاولة الكبيرة).

في عام 1963، بدأت الإنتاج الصناعي للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية، وقد قامت الولايات المتحدة والفرنسا واليابان ببناء خطوط الإنتاج المستمرة ذات الإنتاج العالي والعرض الكبير، ونجحت في تطوير المواد المركبة الشفافة وتقويماتها الهيكلية المصفوفة.

في عام 1965، استخدمت الولايات المتحدة واليابان SMC في ضغط أجزاء السيارات والحوض الاستحمام، والقطع المكونة للسفن، وما إلى ذلك؛ عملية تشكيل البلاترشن بدأت في الخمسينيات، وفي منتصف السادسينيات تم تحقيق الإنتاج المستمر، بالإضافة إلى العصايات (القضبان)، أيضًا في إنتاج الأنابيب الضيقة، والرباعية، والقطع الشكلية في شكل حرف (I)، والقطع الشكلية في شكل قناة، وما إلى ذلك، حتى في السبعينيات، كان هناك تحقيق كبرى في تقنية البلاترشن، والجهاز الأكثر تقدمًا في البلاترشن في الوقت الحالي يتم إنتاجه في الولايات المتحدة، مع مساحة مقطع المنتج 76×20 سم² ويتم تصميمه بآلية اللف الدائري؛ في السبعينيات، تم البحث بنجاح في عملية الصب بالإدخال في التفاعل الببتي (RRIM)، التي حسنت عملية اللaminaة اليدوية وجعل المنتج ملس على كلا الجانبين، وقد تم استخدامها في إنتاج الصناعة الصحية وأجزاء السيارات. تم تطوير المركبات البلاستيكية الحرارية في أوائل السبعينيات، وكانت عملية الإنتاج تتم بشكل أساسي عن طريق الصب والإخراج، والتي كانت تستخدم فقط في إنتاج البلاستيكات المعززة بالألياف القصيرة.

في عام 1972، نجحت شركة PPG في تطوير المركب المصنوع للصفائح الحرارية البلاستيكية المعززة بالألياف الزجاجية (GMT) ووضعتها في الإنتاج في عام 1975، والسمة الأكثر أهمية هي أن دورة التشكيل قصيرة ويمكن إعادة تدوير النفايات. نجحت فرنسا في تطوير الإنتاج الرطب للمركب المصنوع للصفائح الحرارية البلاستيكية (GMT) في الثمانينيات وتم استخدامها بشكل جيد في الصناعة السيارية. بدأت عملية الصب بالطرد المركزي في سويسرا في السادسينيات، وتم تطويرها في الثمانينيات. تم إنتاج أعمدة سلكية مركبة بطول 10 متر في المملكة المتحدة باستخدام هذه التقنية، بينما تم إنتاج الأنابيب الضغطية ذات القطر الكبير بالطريقة المركزية لمشاريع تزويد المدن بالماء مع تأثيرات تقنية واقتصادية ملحوظة. حتى الآن، هناك ما يقرب من 20 نوعًا من عمليات الإنتاج للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية، وعمليات الإنتاج الجديدة لا تزال تظهر.

فيما يتعلق بالتطور والتطبيق للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية، فإن مسارات التطور في كل دولة مختلفة. الولايات المتحدة طبقت لأول مرة في الصناعة العسكرية، ثم تحولت تدريجيًا إلى التطبيقات المدنية بعد الحرب العالمية الثانية. في الدول الغربية الأوروبية، بدأت تطوير التطبيقات المدنية (مثل الصفائح ذات الشكل الموجي، المواد المقاومة للتآكل، الصناعة الصحية، وما إلى ذلك) بشكل مباشر، وتم تغطية الصناعة العسكرية في نفس الوقت. بالنسبة للعالم على الصعيد العالمي، تم تشكيل نظام صناعي أكثر كاملية من المواد الخام، عملية التشكيل، المعدات الميكانيكية، أنواع المنتجات واختبار الأداء، وما إلى ذلك. مقارنةً بغيرها من الصناعات، سرعة التطور سريعة جدًا.

لا يزال المصفوفة الببتية للمواد المركبة الحالية في الغالب عبارة عن الببتيات الصلبة الحرارية. وفقًا للإحصاءات في عام 2000، هناك أكثر من 40000 نوعًا من المنتجات ذات المصفوفة الببتية في العالم، ويصل الإنتاج الإجمالي إلى 6 مليون طن، من بينها الإنتاج للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية العالية الأداء أكثر من 3 مليون طن، والإنتاج للمواد المركبة البلاستيكية الحرارية العالية الأداء أكثر من 1.2 مليون طن.

المواد المركبة ذات المصفوفة الببتية لها مجموعة واسعة من التطبيقات، كما يوضح الجدول 1 نسبة استخدام المواد المركبة ذات المصفوفة الببتية في الصناعات السيارية والبنائية والصناعة البحرية في العديد من الدول الكبرى مثل الولايات المتحدة، الغرب الأوروبي واليابان.

بدأت مواد المركبة ذات المصفوفة الببتية في الصين في عام 1958، حيث تم تطوير قوارب الصيد ذات المصفوفة الببتية في ذلك الوقت باستخدام عملية اللaminaة اليدوية، وتم تطوير الصفائح والأنابيب والحوائط الصاروخية ذات المصفوفة الببتية بنجاح باستخدام عملية اللaminaة والسطحان. في عام 1961، تم تطوير الطرفين المقاومة للإختفاء، وفي عام 1962، تم إدخال الببتيات غير المشبعة للبوليستر والجهاز المصنوع للقشور الشهري والجهاز الصاب في التفاعل لتنمية مروحات الطائرات وألواح المروحة.

في عام 1962، نجحت الأبحاث في عملية اللف واصنعت مجموعة من أسطوانات الأكسجين وغيرها من الحاويات الضغطية. في عام 1970، تم تصنيع قبة رادار كبيرة من مادة مركبة ذات المصفوفة الببتية ب قطر 44 متر باستخدام الصفائح الهيكلية اللامينية اليدوية. قبل عام 1971، كانت الصناعة الصينية للمركبات ذات المصفوفة الببتية في الغالب مصممة للمنتجات العسكرية، وبعد السبعينيات، بدأت التحول إلى الاستخدام المدني. في عام 1987، تم إدخال عدد كبير من التقنيات المتقدمة الخارجية مثل خطوط إنتاج السحب من الفرن الماستين، والفرشاة المقطعة القصيرة، والفرشاة السطحية، والأنواع المختلفة من الببتيات البوليستر (الولايات المتحدة، ألمانيا، هولندا، المملكة المتحدة، إيطاليا، اليابان) والببتيات الإيبوكسي (اليابان، ألمانيا) إلى الصين؛ فيما يتعلق بتقنية التشكيل، تم إدخال لنا خطوط إنتاج الأنابيب والحوائط ذات اللف، وخطوط إنتاج عملية البلاترشن، وخطوط إنتاج SMC، وحدة الصفائح المستمرة، وماكينة تشكيل بتحويل الببتيات (RTM)، وتقنية الصب، وتقنية الصب بالإدخال في الببتيات، وخطوط إنتاج عصا الصيد، وما إلى ذلك. لقد تشكيلنا نظام صناعي كامل من البحث، التصميم، الإنتاج والتوافق مع المواد الخام. بحلول نهاية عام 2000، بلغ عدد الشركات الصينية المنتجة للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية أكثر من 3000 شركة. عدد الشركات المعتمدة بالنظام الجودة ISO9000 هو 51 شركة، أكثر من 3000 نوعًا من المنتجات، والإنتاج الإجمالي 730000 طن في السنة، وتصدر في المرتبة الثانية في العالم. المنتجات تستخدم بشكل أساسي في الصناعات الإنشائية، المقاومة للتآكل، الصناعة الخفيفة، النقل، الصناعة البحرية، وما إلى ذلك. في السنوات الأخيرة، ظهرت بسرعة الأشياء مثل الهياكل الإنشائية المعززة بالصفائح الكربونية، والأبواب والنافذة المركبة المصنوعة بالبلاترشن، والصناديق المعدلة بـSMC أو BMC، والمنتجات RTM، وما إلى ذلك.

في الصناعة الإنشائية، تم استخدام المواد المركبة ذات المصفوفة الببتية على نطاق واسع في الصفائح الخارجية والداخلية للجدران، والبلاط الشفافة، البرجيات المبردة، أغطية التكييف الهوائي، المروحات، حاويات المياه المصنوعة من الألياف الزجاجية المعززة بالببتيات (FRP)، الصناعة الصحية، الحاويات التنقية، وما إلى ذلك.

في الصناعة البتروكيماوية، تستخدم بشكل أساسي في الأنابيب والحوائط الخزينة. من بينها، الأنابيب المصنوعة من الألياف الزجاجية المعززة بالببتيات (FRP) هي أنابيب ذات الطول الثابت، وأنابيب الصب بالطرد المركزي، وأنابيب المستمر. وفقًا لمستوى الضغط، تقسيمها إلى أنابيب ضغط منخفض وضغط متوسط وضغط عالي. خلال "خطة الصناعة الخامسة للخمس سنوات" و"خطة الصناعة الخامسة للخمس سنوات التالية" في الصين، تم إدخال 40 خطوط إنتاج الأنابيب والحوائط، واللف في الموقع لحوائط الخزينة الكبيرة ب قطر يصل إلى 12 متر، والحجم الأقصى لحوائط الخزينة 10000 كوبيك متر. في التنمية المحلية والإنتاج المعدات الإنتاجية للأنابيب والحوائط المصنوعة من الألياف الزجاجية المعززة بالببتيات، وقد تجاوزت بعض المؤشرات التقنية مستوى التقنية في المعدات الخارجية المماثلة.

في مجال النقل، من أجل تقليل وزن وسائل النقل، وتوفير استهلاك الوقود، وتحسين عمر الخدمة ومعامل الأمان، يتم استخدام في الوقت الحالي كميات كبيرة من المواد المركبة في مجال النقل. في السيارات، تشمل بشكل أساسي الجسم، غطاء المحرك، الوقودات وغيرها من الملحقات؛ في القطارات، تشمل الصفائح القطارية، الأبواب والنافذة، المقاعد، وما إلى ذلك؛ في السفن، تشمل بشكل أساسي المركبة الجوّية، قوارب النجات، قوارب الاستطلاع، قوارب الصيد، وما إلى ذلك. في الوقت الحالي، أقصى طول لقارب الصيد المصنوع من الألياف الزجاجية المعززة بالببتيات (FRP) في الصين هو 33 متر. في مجال الآلات والجهازات الكهربائية مثل المروحات الشرفة، المروحات المحورية، الصناديق الكابلي، العصايات العازلة، لوحات الدوائر المتكاملة وغيرها من المنتجات، تمتلك حجمًا كبيرًا.

في المجالات الفضائية والسياسية، مثل الطائرات الخفيفة، الأجنحة الذيلية، هوائيات الصناعات الفضائية، فوهات الصاروخ، الصفائح البالستية، الزيوف البالستية، التوربيدات، وما إلى ذلك، تم تحقيق كبرى في التقدم وقد ساهمت بشكل كبير في الدفاع الوطني للصين.

الببتيات الرئيسية المستخدمة في المواد المركبة ذات المصفوفة الببتية الصلبة العالية الأداء هي الببتيات الإيبوكسي، الببتيات الفينوليك، الببتيات الفينيلستر، وما إلى ذلك.

(1) الببتية الإيبوكسي

تتميز الببتية الإيبوكسي بثباتها الكيميائي الممتاز، وعزلها الكهربائي، ومقاومتها للتآكل. وتستخدم على نطاق واسع في مختلف المجالات مثل الصناعة الكيميائية، الصناعة الخفيفة، الآلات، الإلكترونيات، الموارد المائية، النقل، السيارات، الأجهزة المنزلية والفضاء، وما إلى ذلك، نظرًا لصفاتها الملاصقة الجيدة وقوتها الميكانيكية العالية.

كانت سعة الإنتاج العالمية للببتية الإيبوكسي 1.3 مليون طن في عام 1993، وازدادت إلى 1.43 مليون طن في عام 1996، و1.48 مليون طن في عام 1997، و1.5 مليون طن في عام 1999، ومن المتوقع أن تصل إلى 1.6 مليون طن في عام 2003.

بدأت الصين في البحث عن الببتية الإيبوكси في عام 1975. وفقًا للإحصاءات غير الكاملة، هناك أكثر من 170 مصنع للببتية الإيبوكسي في الصين، مع سعة إنتاجية إجمالية أكثر من 150000 طن ومعدل استخدام المعدات حوالي 50%.

(2) الببتية الفينوليكية

الببتية الفينوليكية تتميز بخصائص كالقاومة للحرارة، والقاومة للتآكل، والقوة الميكانيكية العالية، والعزل الكهربائي الممتاز، وانخفاض إنتاج الدخان، والقاومة للحمض الممتاز، وما إلى ذلك، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في مختلف المجالات للصناعة المادية المركبة. في السنوات الأخيرة، تم استخدامها في بعض المجالات التكنولوجية العالية مثل الصناعة الإلكترونية، والصناعة السيارية، والصناعة الفضائية.

في عام 1997، كان الإنتاج العالمي للببتية الفينوليكية 3 مليون طن، بما في ذلك 1.64 مليون طن في الولايات المتحدة. وكان الإنتاج الصيني 180000 طن وتم استيراد 40000 طن. تطبيقات الببتية الفينوليكية تشمل كوسيات الفرامل السيارية، ومادة تغطية المكثفات الفينوليكية، المواد المائية الصافية العميقة، والصناعة الفضائية وغيرها من الصناعات.

(3) الببتية الفينيلسترية

الببتية الفينيلسترية هي نوع جديد من الببتيات الصلبة الحرارية التي تم تطويرها في ستينيات القرن الماضي، وتتميز بقاومة التآكل الجيدة، والقاومة للمذيبات الجيدة، والقوة الميكانيكية العالية، وتمديد عالي، الأداء الملاصق الجيد مع المعدن، والبلاستيك، والخرسانة وغيرها من الموaterials، والقاومة للتعب الجيدة، والخصائص الكهربائية الجيدة، والقدرة على التحمّل الحراري، وانخفاض التقلص عند التشكيل، يمكن تشكيلها في درجة حرارة الغرفة أو بحرارة مضافة.

شركة نانجينج جينلينغ DSM Resin Co., Ltd. قامت بإدخال تقنية متقدمة من هولندا لإنتاج سلسلة Atlac من الببتيات الفينيلسترية القوية المقاومة للتآكل، والتي تم استخدامها على نطاق واسع في الحاويات الخزينة، والكونتينرات، والأنابيب، وما إلى ذلك. بعض الأصناف يمكن أيضاً استخدامها في كشف المياه وتشكيل الضغط الحراري. بالإضافة إلى ذلك، مصنعو مثل شركة شانغهاي شينهوا Resin Factory، شركة نانتونغ مينجيا Polymer Co., Ltd. وغيرها أيضاً يصنعون الببتية الفينيلسترية.

2. المركبات ذات المصفوفة الببتية البلاستيكية الحرارية

تم تطوير المركبات ذات المصفوفة الببتية البلاستيكية الحرارية في الثمانينيات، والنسبة في إجمالي عدد المركبات تزداد من عام إلى عام لأنها يمكن إعادة تدويرها. الأنواع الرئيسية هي الكرات المعززة بالألياف الطويلة (LFP)، شريط البريغ المعزز بالألياف المستمرة (MITT) وشجرة الصفائح البلاستيكية الحرارية للألياف (GMT). وفقًا للتطلبات المختلفة للاستخدام، تشمل المصفوفة الببتية بشكل أساسي البوليبروبيلين (PP)، البولي إيثيلين (PE)، البولي أميد (PA)، البولي بوتيلين تيري فيتال (PBT)، البولي إيثيلينيميد (PEI)، البولي كاربونيت (PC)، البولي إيثيلينيميد (PEI)، البولي إيثير سلفون (PES)، البولي إيثير كييت (PEEK)، البولي إيميدين (PI)، البولي أميدين (PAI) وغيرها من البلاستيكات الهندسية البلاستيكية الحرارية، وأنواع الألياف تشمل جميع الأنواع الممكنة للألياف مثل الألياف الزجاجية، والألياف الكربونية، والألياف الأراميدية والألياف البورونية.

المركبات ذات المصفوفة الببتية البلاستيكية الحرارية تمثل أكثر من 30% من إجمالي المركبات ذات المصفوفة الببتية في الدول المتقدمة في أوروبا والولايات المتحدة. في عام 2000، كان إنتاج المركبات ذات المصفوفة الببتية الصلبة الحرارية في الغرب الأوروبي 1.06 مليون طن، والمركبات البلاستيكية الحرارية 540000 طن، وتمثل 34% من إجمالي المركبات ذات المصفوفة الببتية.

المركبات ذات المصفوفة الببتية البلاстكجية الحرارية العالية الأداء هي في الغالب أجزاء الصب، والمصفوفة الببتية بشكل أساسي هي PP وPA. تشمل المنتجات أجزاء الأنابيب (الزوايا، التثيات، الفلانجات)، الصمامات، العوامل الدافعة، المحامل، الأجزاء الكهربائية والسيارية، الأنابيب المصنوعة بالإخراج، والمنتجات المصنوعة من GMT (البلاستيك الصناعي المصنوع للصفائح البلاستيكية الحرارية) مثل قواعد المقاعد في الجيب، دوابيس السيارة، المقاعد، وما إلى ذلك. تطبيقات البوليبروبيلين المعزز بالألياف الزجاجية في السيارات تشمل أنظمة التهوية والتدفئة، أغطية مرشحات الهواء، أغطية الإرسال، قواعد المقاعد، غطاءات الفندر، حماية الحزام الدافع، وما إلى ذلك.

البوليبروبيلين (PP) المملوء بالتلك له قوة الصلبة والقوة العالية، والقاومة للحرارة والتقدم في العمر والقاومة للبرودة الممتازة. البوليبروبيلين (PP) المعزز بالتلك له تطبيقات مهمة في تزيين داخل السيارة، مثل استخدامها كأجزاء لنظام التهوية. لوحة الأدوات والقضيب التحكم في الفرامل التلقائي، وما إلى ذلك. الأجزاء السيارية في الغالب تستخدم البوليبروبيلين العادي والبوليبروبيلين المركب مع مواد ملء غير عضوية مثل مسحوق التلق. شركة HPM في الولايات المتحدة قامت بتصنيع سقف صوتي ذو هيكل قشري 168 مترًا مربعات، وزن 5 كيلوغرام، باستخدام البوليبروبيلين (PP) المملوء بـ20% من التلق، وكذلك غلاف نفق الحبل المستخدم في رفع ونزول النوافذ المرتفعة في السيارة.

تتميز مادة المركب الكوارزمية بصلابة عالية، ودرجة حرارة انحرافها العالية، وانخفاض التقلص، وانخفاض المادة الانحناء، واستقرار الأبعاد، والكثافة المنخفضة والسعر المنخفض مقارنةً بالمعدن، وما إلى ذلك. باستخدام مادة المركب الكوارزمية/البوليبروبيلين، يمكننا تصنيع لوحة العدادات في السيارة، حلقة حماية المصابيح الأمامية، غطاء الفندر، حارس الباب، غلاف الحالة الحية، المروحة الكهربائية، الشويبة وغيرها من الأجزاء، باستخدام خاصية التخميد للمادة، يمكننا تصنيع أجزاء الصوتية، باستخدام خاصية التدريع الخاصة بها، يمكننا تصنيع صندوق البطارية، وما إلى ذلك.

في الوقت الحالي، قامت شركة تويوتا موتور كوربوريشن والشركة الكيميائية الميتسوبيشي المشتركة في تطوير مواد المركب النانوية PP/EPR/التلك للوقودات الأمامية والخلفية، والتي تم تجنيدها في عام 1991، وبذلك قلت سمك الوقودات في سيارات تويوتا من 4 مم إلى 3 مم وانخفضت كتلتها بنسبة حوالي 1/3. في عام 1994، قامت تويوتا بتنمية مواد المركب النانوية مثل TSOP-2 وTSOP-3 لتزيين داخل السيارة.

بالنسبة إلى المركبات البلاستيكية الحرارية مثل PA، PP وغيرها من المصفوفات العامة، لم يتم استخدامها على نطاق واسع بسبب ضعف مقاومتها للحرارة. في السنوات الأخيرة، عملية تعديل الببتيات البلاستيكية الحرارية القائمة في المقابل، والتطور في الببتيات البلاستيكية الحرارية العالية الأداء مثل PPO، PEEK，PEI，PPS，PSF، وما إلى ذلك في المقابل الأخرى، أدت إلى زيادة التطبيق للمركبات البلاستيكية الحرارية.

تم بدء المركبات ذات المصفوفة الببتية البلاستيكية الحرارية في الصين في أواخر الثمانينيات، وقد شهدت تطورًا سريعًا في العقد الماضي (انظر الجدول 3)، حيث بلغ الإنتاج 120000 طن في عام 2000، يمثل حوالي 17% من الإنتاج الإجمالي للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية، وهو ما لا يزال بعيدًا عن الدول المتقدمة. المواد المصفوفة المستخدمة لا تزال بشكل أساسي PP وPA، والمواد المعززة بشكل أساسي هي الألياف الزجاجية، وفي قليل من الأحيان الألياف الكربونية، ولم يتم تحقيق كبرى في التقدم في المركبات البلاستيكية الحرارية. توفرت تكنولوجيا النانو في الصين فرصًا جيدة لتعديل وتطبيق البوليمرات، مثل PA المعدل بالنانو، ولكن لا يزال هناك نظام مركب واحد، والتنفيذ الصناعي ليس مرتفعًا، معظمها في مرحلة البحث في المختبر فقط، ولا يتم تعزيزها بشكل كامل في العملي، ولهذه المواد المركب النانوية خصائص وقدرات، وفي المستقبل على المدى الطويل سوف تعتمد على تكنولوجيا النانو لإنشاء سابقة وتحسينها.

المواد المعززة المستخدمة في المواد المركبة ذات المصفوفة الببتية هي بشكل أساسي الألياف الزجاجية، والألياف الكربونية، والألياف الأراميدية، والألياف العالية الوزن الجزيئي للبولي إيثيلين، وما إلى ذلك.

(1) الألياف الزجاجية

في الوقت الحالي، الألياف الزجاجية المستخدمة في المواد المركبة العالية الأداء هي بشكل أساسي الألياف الزجاجية عالية القوة، والألياف الزجاجية الكوارتزية، والألياف الزجاجية الأكسجينية عالية السيليكا.

في أواخر الخمسينيات، قامت الولايات المتحدة لأول مرة بالبحث والتطوير في الألياف الزجاجية العالية القوة (S - 994). حتى الآن، يمكن للدول الستة فقط في العالم وهي الولايات المتحدة، والفرنسا، واليابان، والروسيا، وكندا والصين أن تنتج الألياف الزجاجية العالية القوة. نظرًا لأن أداء الألياف الزجاجية العالية القوة والسعر جيدان نسبيًا، فهناك معدل نمو سنوي يزيد عن 10%. بلغ إجمالي الإنتاج في الدول الغربية في عام 1991 480 طن، ويقدر الآن أنه قد تجاوز 5000 طن. المركبات التي تحتوي على الألياف الزجاجية العالية القوة لا تستخدم فقط في التطبيقات العسكرية، ولكن في السنوات الأخيرة، يتم استخدامها أيضًا في المنتجات المدنية على نطاق واسع، مثل الخدوع البالستية، والزيوف البالستية، وأجنحة الطائرات الهليكوبتر، قبة الرادار للطائرات الاستشعار المبكر، مجموعة متنوعة من الحاويات الضغط العالية، الصفائح المستقيمة في الطائرات المدنية، السلع الرياضية، جميع أنواع المنتجات عالية الحرارة، والحركات الساخنة التي تم الإبلاغ عنها مؤخرًا والتي لها أداء ممتاز، وما إلى ذلك.

الألياف الزجاجية الكوارتزية والألياف الزجاجية الأكسجينية العالية السيليكا تنتمي إلى الألياف الزجاجية المقاومة للحرارة، وهي أكثر ملاءمة للمواد المقاومة للحرارة والحرائق، يمكن تصنيع أجزاء مركبة مختلفة الهياكل المقاومة للحرارة والمتقاومة للإختفاء باستخدام الببتية الفينوليكية المعززة بها، وتتم استخدامها بكثرة في الصواريخ، والصواريخ، والمواد المقاومة للحرارة.

حتى الآن، قامت الصين بالاستخدام العملي للمواد المركبة ذات المصفوفة الببتية العالية الأداء مع الألياف الكربونية، والألياف الأراميدية، والألياف الزجاجية العالية القوة، واللياف الزجاجية العالية القوة فقط قد وصلت إلى المستوى المتقدم الدولي، ولها حقوق ملكية فكرية مستقلة، وشكلت صناعة على نطاق صغير، وقد بلغت في المرحلة الحالية إنتاج سنوي يصل إلى 500 طن.

(2) الألياف الكربونية

تتميز الألياف الكربونية بقوة عالية، ومعامل مرونة عالي، ومقاومة للحرارة، والتوصيل الكهربائي وجميع الخصائص الأخرى. تم استخدامها لأول مرة على نطاق واسع في المجال الفضائي، وفي السنوات الأخيرة، تم استخدامها أيضًا في معدات الرياضة والسلع الرياضية على نطاق واسع. يُتوقع أن يتم توسيع استخدام المواد المركبة بالألياف الكربونية في السنوات الأخيرة لتفتح تطبيقات جديدة، حيث سيتم استخدام الألياف الكربونية الصناعية على نطاق واسع في المجالات الهندسية المدنية، والنقل، والسيارات، والطاقة، وما إلى ذلك. بين عامي 1997 و2000، يُقدر معدل النمو السنوي للألياف الكربونية المستخدمة في المجال الفضائي بـ31%، بينما يُقدر معدل النمو السنوي للألياف الكربونية الصناعية أن يصل إلى 130%.

المستوى العام للألياف الكربونية في الصين لا يزال منخفضًا نسبيًا، وهو على نفس المستوى في الدول الخارجية في منتصف أو أواخر السبعينيات، والفجوة بين الصين والدول الخارجية تبلغ حوالي 20 عامًا. المشاكل الرئيسية للألياف الكربونية المحلية هي الأداء غير المستقر والمعامل التشتت الكبير، وعدم وجود ألياف كربونية عالية الأداء، وانوع واحد، وتحديدات غير كاملة، طول المستمر غير كافٍ، وعدم وجود معالجة سطحية، والسعر المرتفع، وما إلى ذلك.

(3) الألياف الأراميدية

في عام 1972، قامت شركة DuPont في الولايات المتحدة بالبحث والتطوير في عملية تكوين البولي أميد العطرى الكامل، الذي أطلق عليه اسم Kevlar، وتم استخدام المنتجات رسميًا في المواد المركبة العالية الأداء في الصيف. في عام 1972، كان الإنتاج 45 طن فقط، وصل إلى 4200 طن في عام 1977، وارتفع إلى 21000 طن في عام 1982، مع معدل نمو سنوي 20%. منذ الثمانينيات في القرن العشرين، قامت هولندا، واليابان، والاتحاد السوفياتي السابق أيضًا بفعل الأبحاث والتطوير في الألياف الأراميدية. سلسلة الألياف "Twaron" الخاصة بشركة Enka، وهي شركة تابعة لشركة AKZO في هولندا، كانت لديها سعة إنتاجية سنوية تتراوح بين 1000 و2000 طن في عام 1986، ومن المتوقع أن تصل إلى 15000 طن في عام 2000. وقد تم طرح الألياف الأراميدية من شركة Teijin في اليابان والروسيا على السوق، وصل معدل النمو السنوي إلى حوالي 20%.

تتميز الألياف الأراميدية بقوة ومعدل محدد عاليين، لذلك يتم استخدامها على نطاق واسع في الأجزاء المركبة العالية الأداء في المجال الفضائي (مثل غلاف محرك الصاروخ، مقصورة محرك الطائرة، الغطاء الخارجي، السواد، وما إلى ذلك)، والسفن (مثل سفن الطائرات، الغواصات النووية، اليخوت، قوارب النجات، وما إلى ذلك)، والسيارات (مثل سلك الحملة، خرطوم الضغط العالي، المواد الاحتكاكية، أسطوانات الغاز الضغط العالي، وما إلى ذلك) والحزام النقل المقاوم للحرارة، معدات الرياضة، وما إلى ذلك.

(4) الألياف العالية الوزن الجزيئي للبولي إيثيلين

في الوقت الحالي، المنتجات الرئيسية على السوق هي Ailled Spectra900 و1000، وDyneemaSK60 التي يتم إنتاجها المشتركاً بين DSM (هولندا) وToyoba (اليابان)، وTekmilonI شركة Mitsui (اليابان) وغيرها. تتميز قوة ومعدل محدد للألياف العالية الوزن الجزيئي للبولي إيثيلين (UHMWPE) بأنها الأولى بين جميع أنواع الألياف، ولا سيما أنها تمتلك مقاومة ممتازة للتآكل والقدرة على التحمّل العمراني بسبب تفاعل المواد الكيميائية. لديها أيضًا نفاذية سونار عالية التردد ومقاومة للتآكل للبحرية، وقد استخدمتها العديد من الدول في تصنيع دروع عاكسة لسونار عالية التردد للسفن، مما يعزز بشكل كبير القدرة على الكشف عن Minas وامراض Mina لسفن. في تطبيقات الحقل البترولي البحري العالي الأداء للمواد المركبة الخفيفة.

بالإضافة إلى الدور المحوري في التطبيقات العسكرية، لديها أيضًا آفاق تطبيقية واسعة في تصنيع السيارات، الصناعة البحرية، المعدات الطبية، معدات الرياضة وغيرها من المجالات. جذبت هذه الألياف اهتمامًا كبيرًا ومعاينةً من الدول المتقدمة حول العالم منذ ظهورها، وبلغ معدل النمو في الولايات المتحدة في عام 1989 26%، وهو أعلى بكثير من غيرها من الألياف العالية الأداء. حتى الآن، لم يتم تجنيد الألياف الأراميدية والألياف العالية الوزن الجزيئي للبولي إيثيلين في الصين. على الرغم من أن الصين بدأت في البحث عن الألياف الأراميدية في عام 1972، وفي فبراير 1981 وفي نهاية عام 1985، على التوالي، تم تحديد التقنية لـaramid worker وaramid Ⅱ، وتم تجربة كتلة المادة عالية النقاء في مصنع الصناعات المركبة في نانتونغ، وتم سحبها إلى ألياف بواسطة المعهد البحثي عن الألياف المركبة في شانغهاي، ولكن بسبب التنوع في قطر الشعر الفردي، كانت هناك بعض المشاكل في التشكيل، حتى أوائل التسعينيات، وكان الإنتاج قليلًا إلى حد أن يكون فقط بضعة طنات، والفجوة مع الدول الخارجية كبيرة جدًا.

تكنولوجيا المركبات ذات المصفوفة الببتية العالية الأداء في القرن الحادي والعشرين هي مادة ذكية تمنح للمواد المركبة وظائف الشفاء الذاتي، والتفكيك الذاتي، التشخيص الذاتي والصنع الذاتي. يتم التوسع في تطوير الصلابة العالية والقوة العالية. التركيز على المواد المركبة المستخدمة في البيئات عالية الرطوبة والحرارة، وتكوين أنظمة مواد تدمج المواد، التشكيل والتجهيز، التصميم والفحص. سيكون النظام التنظيمي في شكل تحالف (مثل التحالف الأمريكي للسيارات) والتصنيف. وهذا سيجعل استخدام الموارد (الموارد التقنية، الموارد المادية) لكافة الأطراف أكثر كاملية وربط بشكل وثيق مزايا كافة الأطراف من أجل تعزيز التطور المزيد في الصناعة المادية المركبة.

(II) المركبات ذات المصفوفة المعدنية

ظهرت المركبات ذات المصفوفة المعدنية بشكل أساسي مع متطلبات القوة العالية والكثافة المنخفضة في الصناعة الفضائية، لذلك فإن المركبات ذات المصفوفة المعدنية التي يتم البحث والتطبيق عليها على نطاق واسع هي تلك التي تستخدم الألومنيوم، والماغنيسيوم وغيرها من المعدن الخفيف كالمصفوفة. في ستينيات القرن الماضي، ظهرت المركبات ذات المصفوفة المعدنية المعززة بشكل مستمر بالألياف الكران والبورونية. بسبب السعر المرتفع للمواد المركبة المعززة بشكل مستمر بالألياف، والتعقيد في عملية التصنيع، انخفض البحث عن هذه المادة في السبعينيات. طلب المتزايد للمواد المقاومة للحرارة للقطع العالية الحرارة في محركات التوربين أدى إلى إحياء البحث عن المركبات ذات المصفوفة المعدنية، ولا سيما المواد ذات المصفوفة التيتانيوم.

تطورت المركبات المعززة بشكل غير مستمر بسرعة في الثمانينيات، حيث كان البحث يركز على المركبات القائمة على الألومنيوم المعززة برقائق أو ألياف قصيرة من الكربيد الصيليكون أو الألوماينة. هذه المواد، بغض النظر عن نسبة المصفوفة والمعزز إلى الحمل، تكون بين الطرفين المتطرفين في التشتت والمعزز بالألياف المستمر، والتي تمتلك خصائص عرضية ممتازة، واستهلاك منخفض وتمتلكية عملية جيدة، مقارنةً بالمعادن غير المعززة، وقد تحسن الأداء بشكل كبير. كل هذه العوامل جعلت هذه المواد أكثر جذابة تجاريًا في العديد من التطبيقات.

تتضمن التطبيقات المركبة ذات المصفوفة المعدنية في المجالات الفضائية والفضاء، بشكل أساسي، استبدال الـberylium الخفيف ولكنه سام، على سبيل المثال، تم استخدام المركبات المكونة من الكربيد الصيليكون / الألومنيوم (SiCp/Al) لاستبدال الـberylium في الصواريخ التريدنت الأمريكية، كما يتم استخدام المركبات ذات المصفوفة المعدنية المكونة من قروش الكربيد الصيليكون / الألومنيوم أيضًا لاستبدال الكربون / الإيبوكسي في الإلكترونيات الطائرية. في التطبيقات غير الفضائية والفضائية، قامت المركبات ذات المصفوفة المعدنية المعززة بالألياف القصيرة بكتسب الاهتمام بشكل عام في التطبيقات السيارية. ومن الأمثلة على ذلك، الأسطوانات المحركة في المحركات الداخلية للحركة، والتي يتم تقويتها جزئيًا باستخدام الألياف القصيرة من الألوماينة أو المركبات ذات المصفوفة المعدنية المعززة بالألياف القصيرة المختلطة من الألوماينة والسيليكا. يتم تصنيع الأسطوانات المحركة في المحركات الداخلية للحركة التقليدية من المعادن الصلبة الصبوية الألومنيوم - السيليكون، ويعمل بعضها على استخدام حلقات الحديد الصلب الصبوي عالية النيكل في التجويف الأول للحلقة.