Обзор развития композитных материалов на внутреннем и международном уровнях

источник:http://www.shirui.com.cn/ru/ письмо:Ши Руй новые материалы время:01д.12м.2016г. 13:09

Поскольку высокопроизводительные композитные материалы включаются в состав всех композитных материалов, а высокая производительность представляет собой относительно широкий диапазон, лучше рассмотреть все композитные материалы для описания обзора развития на внутреннем и международном уровнях. Композитные материалы могут быть разделены на композитные материалы на основе смолы, композитные материалы на основе металла, композитные материалы на основе керамики, композитные материалы на основе цемента и т.д. в зависимости от типа матрицы.


(А) Обзор развития композитных материалов на основе смолы в стране и за рубежом

Композитные материалы на основе смолы были первыми, которые были разработаны и получили промышленную реализацию, поэтому они имеют самое широкое применение и наибольшую степень индустриализации. В зависимости от термического поведения матрицы, они могут быть разделены на термопластические композитные материалы и термостойкие композитные материалы.

1. Композитные материалы на основе термостойкой смолы

Композитные материалы на основе термостойкой смолы представляют собой композитные материалы, изготовленные из термостойких смол, таких как ненасыщенная полиэстерная смола, эпоксидная смола, фенольная смола, виниловый эфирная смола и т.д., армированные стекловолокном, углеродным волокном, арамидным волокном, волокном из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и т.д.

Композитные материалы на основе смолы развиваются уже почти 70 лет с момента своего возникания в США в 1932 году. С 1940 по 1945 год США впервые использовали ручной ламинированный стекловолокно-армированный полиэстер (GRP) смольный материал для производства военного радиолокационного купола и топливного бака самолета, что открыло путь для применения композитных материалов на основе смолы в военной промышленности. В 1944 году ВВС США впервые использовали композитную ламинированную структуру на основе смолы для производства крыльев и фюзеляжа самолета; в 1946 году процесс формирования волоконным обмотанием был запатентован в США; в 1950 году успешно был разработан процесс формирования вакуумной и давлением сумки и был успешно изготовлен на пробной основе пропеллер вертолета; в 1949 году успешно был разработан премикс стекловолокна, и композитные детали на основе смолы с гладкой поверхностью были прессованы с использованием традиционного парного формирования; В 1960-х годах США успешно использовали технологию волоконного обмотания для разработки двигателя ракеты "Полярис A". Для повышения производительности процесса ручного ламинирования в это время был разработан и применен процесс инжекционного формирования, что увеличило производительность производства в 2 - 4 раза.



В 1961 году Германия успешно разработала пластиковую массу для формовки листов (SMC), благодаря чему процесс формовки достиг нового уровня (среднее давление, средняя температура, продукты с большим плоским поверхностным участком).

В 1963 году началась промышленная производство композитных материалов на основе смолы. США, Франция и Япония построили непрерывные производственные линии с высоким выходом и большим шириным и успешно разработали прозрачные композитные материалы и их ламинированные структурные листы.

В 1965 году США и Япония использовали SMC для прессования автомобильных деталей, ванн, компонентов кораблей и т.д.; процесс экструзии натяжением начался в 1950-х годах, в середине 1960-х годов достиг непрерывного производства, кроме брусков (штангов), также производство тонких труб, квадратных, I-образных балок, профилей канала и т.д., до 1970-х годов произошел значительный прорыв в технологии экструзии натяжением, и нынешняя самая передовая единица оборудования для экструзии натяжением производится в США, с сечением продукта 76×20 см² и оснащена механизмом кольцевого обмотания; в 1970-х годах успешно был исследован процесс реактивной инжекции смолы (RRIM), который улучшил процесс ручного ламинирования и привел к тому, что продукт был гладким с обеих сторон, был использован в производстве санитарнойware и автомобильных деталей. Термопластические композитные материалы были разработаны в начале 1970-х годов, а производственный процесс в основном состоял из инжекционного формирования и экструзии, которые были использованы только для производства пластиков, армированных короткими волокнами.

В 1972 году PPG успешно разработала стекловолокно-матовая армированная термопластическая пластиковая масса для формовки листов (GMT) и ввела ее в производство в 1975 году. Самой важной особенностью является короткий цикл формовки и возможность переработки отходов. Франция успешно разработала в 1980-х годах влажную производцию термопластической пластиковой массы для формовки листов (GMT) и использовала ее очень хорошо в автомобильной промышленности. Процесс центрифугированного литья начался в Швейцарии в 1960-х годах, был разработан в 1980-х годах. В Великобритании были произведены 10-метровые композитные телеграфные столбы с использованием этой технологии, а для городских водоснабжения проектов были произведены большие диаметральные трубки давления методом центрифугирования с выдающимися техническими и экономическими эффекты. До сих пор существует почти 20 видов производственных процессов композитных материалов на основе смолы, и новые производственные процессы продолжают появляться.



Что касается развития и применения композитных материалов на основе смолы, пути развития каждой страны различны. США впервые применяли в военной промышленности и постепенно перешли к гражданскому применению после Второй мировой войны. В странах Западной Европы развитие гражданских приложений (например, волновые пластины, антикоррозиционные материалы, санитарнаяware и т.д.) началось сразу, охватывая военную промышленность в то же время. На глобальном уровне сформировано более полное промышленное система от сырья, производственного процесса, механического оборудования, типов продуктов и испытаний на производительность и т.д. По сравнению с другими отраслями, скорость развития очень быстрая.

 

Матрица смолы современных композитных материалов по-прежнему в основном является термостойкой смолой. Согласно статистике 2000 года, в мире существует более 40 000 видов продуктов на основе смолы, и общий выход достигает 6 миллионов тонн, среди которых выход высокопроизводительных композитных материалов на основе смолы составляет более 3 миллионов тонн, производство высокопроизводительных термопластических композитных материалов составляет более 1.2 миллионов тонн.


Композитные материалы на основе смолы имеют широкое применение. Таблица 1 показывает долю композитных материалов на основе смолы, используемых в отраслях автомобилестроения, строительства и судостроения в таких странах, как США, Западная Европа и Япония.


Композитные материалы на основе смолы в Китае начали развиваться в 1958 году. Тогда были разработаны рыбацкие лодки на основе смолы с использованием ручного ламинирования, а пластиковые пластины, трубы и ракеты на основе смолы были успешно разработаны с использованием процессов ламинирования и прокатки и т.д. В 1961 году были разработаны жаростойкие концы, в 1962 году были введены ненасыщенная полиэстерная смола и машина для формовки соты и инжекционная машина для разработания пропеллеров самолета и вентиляторов.

В 1962 году исследование процесса обмотки было успешным, и была произведена партия кислородных баллонов и других давляемых сосудов. В 1970 году был изготовлен большой радиолокационный купол из композитного материала на основе смолы с диаметром 44 метра с использованием ручного ламинированного структурного листа. До 1971 года композитная промышленность на основе смолы в Китае была в основном ориентирована на военные продукты, а после 1970-х годов она начала переходить к гражданскому использованию. В 1987 году в Китае были введены многие иностранные передовые технологии, такие как производство линий по тяговому стекловолокну, короткое вязаное войлок, поверхностное войлок производства линий и различных классов полиэстерной смолы (США, Германия, Нидерланды, Великобритания, Италия, Япония) и эпоксидной смолы (Япония, Германия); В плане технологий формовки, были введены линии производства труб и сосудов обмоткой, линия производства процесса экструзии натяжением, линия производства SMC, непрерывный блок для изготовления листов, машина для передачи смолы (RTM), инжекционная технология, технология инжекции смолы и линия производства удочки для рыбалки и т.д. Мы сформировали полную промышленную систему от исследования, дизайна, производства и подбора сырья. К концу 2000 года предприятия по производству композитных материалов на основе смолы в Китае достигли более 3000. Количество компаний, сертифицированных по системе ISO9000, составило 51, более 3000 видов продуктов, общий выход 730 000 тонн/год, занимая второе место в мире. Продукты в основном используются в строительстве, антикоррозии, легкой промышленности, транспорте, судостроении и других отраслях промышленности. В последние годы быстро появились углеродно-волокно-армированные строительные структуры, экструзионные композитные двери и окна, SMC или BMC-формованные счетчики, RTM-продукты и т.д.


В строительстве композитные материалы на основе смолы были широко использованы в панелях внутренних и внешних стен, прозрачных черепиц, охладительных башнях, чехлах кондиционеров, вентиляторах, пластиковых баках для воды на основе стекловолокна, санитарнойware, очистительных баках и т.д.


В нефтехимической промышленности они в основном используются в трубопроводах и резервуарах. Среди них, трубы на основе стекловолокна для фиксированной длины, центрифугированные трубы и непрерывные трубы. В зависимости от уровня давления, они делятся на трубы низкого и среднего давления и трубы высокого давления. Во время "Восьмого пятилетнего плана", "Девятого пятилетнего плана" в Китае были введены 40 линий производства труб и сосудов, на месте обмотка больших резервуаров до 12 метров в диаметре, максимальный объем резервуара 10 000 кубических метров. Национальное развитие и производство оборудования для производства труб и сосудов на основе стекловолокна, некоторые технические показатели превысили технический уровень аналогичного иностранного оборудования.

 

В транспорте, для того чтобы сделать транспортные средства легче, сэкономить расход топлива, повысить срок службы и коэффициент безопасности, в настоящее время в транспорте используется большое количество композитных материалов. В автомобилях, в основном, есть корпус, капот, бамперы и другие аксессуары; в поездах, есть панели вагонов, двери и окна, сиденья и т.д.; в лодках, в основном, есть воздушные катамараны, спасательные лодки, разведочные лодки, рыбацкие лодки и т.д. На данный момент, самая длинная рыбацкая лодка на основе стекловолокна, изготовленная в Китае, составляет 33 метра. В области механики и электроники, таких как вентиляторы на крыше, осевые вентиляторы, кабельные лотки, изоляционные стержни, интегральные схемы печатных плат и другие продукты имеют значительный масштаб.

 

В аэрокосмической и военной областях, таких как легкие самолеты, хвостовые плавники, антенны спутников, сопла ракет, бронированные пластины, бронежилеты, торпеды и т.д. были сделаны значительные прорывы и внесли значительный вклад в национальную оборону Китая.


Основными матрицами, используемыми в высокопроизводительных композитных материалов на основе термостойкой смолы, являются эпоксидная смола, фенольная смола, виниловый эфирная смола и т.д.

(1) Эпоксидная смола

Эпоксидная смола характеризуется отличной химической стабильностью, электрической изоляцией, коррозионной стойкостью. Они широко используются в различных областях, таких как химическая промышленность, легкая промышленность, механика, электроника, водохозяйство, транспорт, автомобили, бытовая техника и аэрокосмическая промышленность и т.д. согласно хорошим адгезивным свойствам и высокой механической прочности.

 

В 1993 году мировая производительность эпоксидной смолы составляла 1.3 миллиона тонн, увеличилась до 1.43 миллиона тонн в 1996 году, 1.48 миллиона тонн в 1997 году, 1.5 миллиона тонн в 1999 году, и ожидается, что достигнет 1.6 миллиона тонн в 2003 году.

 

Китай начал исследовать эпоксидную смолу в 1975 году. Согласно неполной статистике, в Китай есть более 170 производителей эпоксидной смолы, с общей производительностью более 150 000 тонн и коэффициентом использования оборудования около 50%.


(2) Фенольная смола

Фенольная смола имеет характеристики жаростойкости, износостойкости, высокой механической прочности, отличной электрической изоляцией, низким выделением дыма и отличной кислотной стойкостью и т.д., поэтому она широко используется в различных областях композитной материала промышленности. В последние годы, они были использованы в некоторых высокотехнологичных областях, таких как электронная промышленность, автомобильная промышленность и аэрокосмическая промышленность.

 

В 1997 году глобальное производство фенольной смолы составло 3 миллиона тонн, включая 1.64 миллиона тонн в США. Производство в Китае составило 180 000 тонн, а импортировалось 40 000 тонн. Применения фенольной смолы включают автомобильные тормозные колодки, материал для упаковки фенольных конденсаторов, материалы для глубокого фильтрации, аэрокосмическую и другие отрасли.


(3) Виниловый эфирная смола


Виниловый эфирная смола - это новый тип термостойкой смолы, разработанный в 1960-х годах. Она характеризуется хорошей коррозионной стойкостью, хорошей устойчивостью к растворителям, высокой механической прочностью, высоким удлинением, хорошим адгезивным свойством к металлу, пластику, бетону и другим материалам, хорошей усталостной стойкостью, хорошими электрическими свойствами, термическим старением, низким сжатием при отверждении и может отверждаться при комнатной температуре или при нагревании.

 

Нанкинский завод resins DSM Jinling принимает передовые технологии из Голландии для производства серии Atlac сильно коррозионно-стойких виниловых эфирных смол, которые широко используются в резервуарах, контейнерах, трубах и т.д. Некоторые сорта также могут быть использованы для гидроизоляции и горячего прессования. Также производители, такие как Shanghai Xinhua Resin Factory, Nantong Mingjia Polymer Co., Ltd. и другие, также производят виниловую эфирную смолу.


2. Композитные материалы на основе термопластической смолы


Композитные материалы на основе термопластической смолы были разработаны в 1980-х годах. Их доля в общем количестве композитных материалов увеличивается с каждым годом, поскольку они могут быть переработаны. Основные сорта - это гранулы, армированные длинными волокнами (LFP), лента предварительного пропитания, армированная непрерывными волокнами (MITT) и дерево термопластических листов на основе волокна (GMT). В зависимости от различных требований к использованию, матрица смолы в основном включает полипропилен (PP), полиэтилен (PE), полиамид (PA), полибутилентерефталат (PBT), полиэфимидimide (PEI), поликарбонат (PC), полиэфимидimide (PEI), полиэфирсульфон (PES), поликарбонилэтилен (PEEK), полиимид (PI), полиамидимид (PAI) и другие термопластические инженерные пластики, а типы волокон включают все возможные сорта волокон, такие как стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно и борное волокно.


Композитные материалы на основе термопластической смолы составляют более 30% от общего количества композитных материалов на основе смолы в развитых странах Европы и США. В 2000 году выпуск термостойких композитных материалов на основе смолы в Западной Европе составил 1.06 миллиона тонн, а выпуск термопластических композитных материалов - 540 000 тонн, что составляет 34% от общего количества композитных материалов на основе смолы.

Высокопроизводительные композитные материалы на основе термопластической смолы в основном представляют собой инжекционные детали, а матрица в основном состоит из полипропилена (PP) и полиамида (PA). Продукты включают трубопроводные фитинги (корги, тройники, фланцы), клапаны, рабочие колеса, подшипники, электроника и автомобильные детали, экструзионные трубы, продукты, сформованные из пластика для формовки термопластических листов (GMT), такие как кресло-стойки для джипов, педали автомобилей, сиденья и т.д. Применения стекловолокно-армированного полипропилена в автомобилях включают вентиляционные и отопительные системы, корпуса для воздушных фильтров, крышки трансмиссии, каркас сиденья, прокладки на бамперах, защитники для приводных ремней и т.д.

 

Полипропилен, наполненный тальком, имеет высокую жесткость, высокую прочность, отличную устойчивость к теплу и старению и холодовой устойчивости. Полипopropилен, армированный тальком, имеет важные применения в отделке салона автомобиля, например, используется в качестве деталей вентиляционной системы. Панель приборов и ручка автоматического тормоза и т.д. Автомобильные детали в основном используются из обычного полипропилена и композитного полипропилена с неорганическими наполнителями, такими как порошок талька. Компания HPM США изготовила из 20%-ного по тальку наполненного полипропилена акустическую потолку площадью 168 м², 5 кг структуры "пчелиный сот" и оболочку каната для подъема окон автомобиля.


Композитный материал на основе слюда имеет высокую жесткость, высокую температуру деформации при нагревании, низкое сжатие, низкую изгибаемость, стабильность размеров и низкую плотность и низкую цену по сравнению с металлом и т.д. Используя композитный материал на основе слюда/полипропилена, мы можем изготовать панель приборов автомобиля, защитную оболочку фар, крышку на бамперах, защиту двери, оболочку двигателя, вентилятор двигателя, жалюзи и другие детали. Используя свойство демпфирования материала, мы можем изготовать аудио-детали. Используя свойство экранирования, мы можпь изготовать батарейный ящик и т.д.

 

В настоящее время, Toyota Motor Corporation и Mitsubishi Chemical Corporation совместно разработали нанокомпозитные материалы PP/EPR/talc для передних и задних бамперов, которые были коммерциализованы в 1991 году, тем самым уменьшив толщину бамперов на автомобилях Toyota от 4 мм до 3 мм и уменьшив их массу примерно на 1/3. В 1994 году Toyota разработала нанокомпозитные материалы, такие как TSOP-2 и TSOP-3, для отделки салона автомобиля.

 

Термопластические композитные материалы на основе таких матриц, как полиамид (PA), полипропилен (PP) и другие обычные матрицы, не получили широкого применения из-за своей низкой жаростойкости. В последние годы, с одной стороны, модификация существующих термопластических смол и, с другой стороны, разработка высокопроизводительных термопластических смол, таких как полифениленоксид (PPO), поликарбонилэтилен (PEEK), полиэфимидimide (PEI), полифениленсульфон (PPS), полисульфонфталид (PSF) и т.д., привели к увеличению применения термопластических композитных материалов.

 

Композитные материалы на основе термопластической смолы в Китае начали развиваться в конце 1980-х годов и сделали быстрый прогресс в прошлом десятилетии (см. Таблица 3). Выпуск в 2000 году достиг 120 000 тонн, что составляет примерно 17% от общего выпуска композитных материалов на основе смолы, что все еще далеко от развитых стран. Матрицы, используемые в качестве материалов, по-прежнему в основном представляют собой полипропилен (PP) и полиамид (PA), а армирующие материалы в основном представляют собой стекловолокно, небольшое количество углеродного волокно, что не позволило сделать значительный прорыв в термопластических композитных материалов. Нанотехнологии в Китае предоставляют хорошие возможности для модификации и применения полимеров, например, наномодифицированный полиамид, но все еще существует единичная композитная система, степень индустриализации невысокая, большинство из них находятся только на стадии лабораторных исследований, не полностью реализуют практическое применение. Полимерные нанокомпозитные материалы имеют определенные характеристики и потенциал, в будущем в течение длительного времени придется полагаться на нанотехнологии, чтобы создать прецедент и сделать улучшения.

 

Армирующие материалы, используемые в композитных материалах на основе смолы, в основном представляют собой стекловолокно, углеродное волокно, арамидное волокно, волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена и т.д.


(1) Стекловолокно

В настоящее время, в высокопроизводительных композитных материалах используемые стекловолокна в основном представляют собой высокопроизводительные стекловолокна, кварцевые стекловолокна и стекловолокна с высоким содержанием кремния и кислорода.

 

В конце 1950-х годов США впервые разработали высокопроизводительное стекловолокно (S-994). До сих пор только шесть стран мира - США, Франция, Япония, Россия, Канда и Китае - могут производить высокопроизводственное стекловолокно. Из-за относительно хороших свойств и цены высокопроизводственного стекловолокна, его годовая增长率 составляет более 10%. В 1991 году общий выпуск высокопроизводственного стекловолокна в странах Западной Европы достиг 480 тонн, и сейчас, по оценкам, он уже превышает 5000 тонн. Композитные материалы на основе высокопроизводственного стекловолокна используются не только в военных приложениях, в последние годы они также широко используются в гражданских изделиях, например, в бронежилетах, броневиках, крыльях вертолетов, радиолокационном куполе самолетов раннего предупреждения, различных высокопневматических сосудов, плоских пластинах гражданских самолетов, спортивном инвентаре, различных высокотемпературных изделиях и, как недавно сообщалось, в отличных по свойствам шнурах для шин и т.д.

 

Кварцевые стекловолокна и стекловолокна с высоким содержанием кремния и кислорода относятся к жаростойким стекловолокнам, являются более идеальными материалами для жаростойкости и огнестойкости. С их помощью, армируя фенольную смолу, можно изготовать различные конструкции жаростойких, термостойких композитных деталей, которые широко используются в ракетах, ракетах-пусках, жаростойких материалах.

 

До сих пор в Китае были практически использованы три армирующие волокна в высокопроизводительных композитных материалах на основе смолы - углеродное волокно, арамиdное волокно и высокопроизводственное стекловолокно. Только высокопроизводственное стекловолокно достигло международного передового уровня и имеет собственное интеллектуальное имущество, сформировало небольшую промышленность, на текущем этапе ежегодный выпуск достигает до 500 тонн.



(2) Углеродное волокно


Углеродное волокно имеет высокую прочность, высокий модуль, жаростойкость, электропроводимость и ряд других свойств. Сначала оно было широко использовано в аэрокосмической области, а в последние годы также широко используется в спортивном оборудовании и спортивном инвентаре. Предсказывается, что композитные материалы на основе углеродного волокно будут расширяться в ближайшие годы, открывая новые приложения. В гражданском строительстве, транспорте, автомобилестроении, энергетике и других областях будет использоваться углеродное волокно на промышленном масштабе. С 1997 по 2000 год годовая增长率 на аэрокосмическую углеродное волокно оценивается в 31%, а годовая增长率 на промышленное углеродное волокно оценивается в 130%.

 

Общий уровень углеродного волокна в Китае по-прежнему относительно низкий, эквивалентен уровню иностранных стран в середине и конце 1970-х годов, а разрыв между Китаем и иностранными странами составляет примерно 20 лет. Основные проблемы отечественного углеродного волокна - это менее стабильные свойства и большой коэффициент рассеяния, отсутствие высокопроизводительного углеродного волокна, единичность видов, неполнота номенклатуры, недостаточная непрерывная длина, отсутствие обработки поверхности, высокая цена и т.д.


(3) Арамидное волокно


В 1972 году компания DuPont США успешно разработала все-парафиновый ароматический полиамид, названный Kevlar, и изделия на его основе официально начали использовать в высокопроизводительных композитных материалах. В 1972 году производство составило только 45 тонн, к 1977 году увеличилось до 4200 тонн, а в 1982 году возросло до 21000 тонн, с годовым ростом в 20%. С 1980-х годов 20 века Нидерланды, Япония, бывший Советский Союз также вели работу по исследованию и разработке арамидного волокна. Серия волокон "Twaron" компании Enka, дочерней компании AKZO в Нидерландах, имела производственную мощность в 1000 - 2000 тонн в 1986 году и ожидается, что в 2000 году она достигнет 15000 тонн. Арамидные волокна компании Teijin в Японии и России были выпущены на рынок, и годовая增长率 достигала примерно 20%.


Арамидное волокно имеет высокую удельную прочность и модуль, поэтому оно широко используется в высокопроизводительных композитных деталях в аэрокосмической области (например, в корпусе двигателя ракеты, в отсеке двигателя самолета, в обтекателе, в руле и т.д.), на кораблях (например, на авианосцах, на атомных подводных лодках, на яхтах, на спасательных лодках и т.д.), в автомобилях (например, в шнурах для шин, в высокопневматических шлангах, в материалах для трения, в высокопневматических баллонах с газом и т.д.) и в жаростойких транспортных ремнях, в спортивном оборудовании и т.д.


(4) Волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена


В настоящее время основные продукты на рынке - это Ailled Spectra900 и 1000, совместное производство DyneemaSK60 компанией DSM (Нидерланды) и Toyoba (Япония) и TekmilonI компании Mitsui (Япония) и т.д. Удельная прочность волокна из сверхвысокомолекулярного полиэтилена занимает первое место среди всех видов волокон, особенно оно имеет отличную устойчивость к воздействию химических реагентов и старению. Также оно имеет отличную проницаемость для высокочастотного гидролокатора и устойчивость к коррозии морской воды, и многие страны используют его для производства дефлекторов для высокочастотного гидролокатора на кораблях, что значительно улучшает возможности обнаружения и разминирования мин кораблям. В применениях в нефтяных полях на море для высокопроизводительных легких композитных материалов

 

Помимо того, что играет ключевую роль в военных приложениях, оно также имеет широкие перспективы применения в производстве автомобилей, судостроении, медицинском оборудовании, спортивном оборудовании и т.д. Волокно привлекло большое внимание и интерес со стороны развитых стран мира с момента его появления, и增长率 в США в 1989 году составил 26%, гораздо выше, чем у других высокопроизводительных волокон. Арамидное волокно и волокно из сверхвысокомолекулярного полиэтилена до сих пор не были коммерциализованы в Китае. Хотя в 1972 году Китае началось исследование арамидного волокна, в феврале 1981 года и в конце 1985 года соответственно были проведены технические идентификации арамидного рабочего и арамидного Ⅱ, блок высокочистого материала был испытан в Нантонском синтетическом заводе смолы, волокно было вытянуто Институтом синтетических волокон в Шанхае, но из-за неравномерности диаметра монофиламента возникли некоторые проблемы при установке, и до начала 1990-х годов выпуск составлял только несколько тонн, и разрыв с иностранными странами был очень большой.

 

Технология высокопроизводительных композитных материалов на основе смолы в 21 веке представляет собой интеллектуальный материал, который придает композитным материалам функции самоисцеления, саморазложения, самодиагностики и самостоятельного изготовления. Разрабатывать высокую жесткость и высокую прочность. Концентрироваться на композитных материалах, используемых в условиях высокой влажности и жароты, и строить материальные системы, которые объединяют материалы, процесс формования и обработки, дизайн и контроль. Организационная система будет представлять собой альянс (например, американский Альянс автомобилестроения) и группировку. Это позволит более полно использовать ресурсы (технические ресурсы, материальные ресурсы) всех сторон и тесно связывать преимущества всех сторон для того, чтобы促进ать дальнейшее развитие отрасли композитных материалов.


(II) Композитные материалы на основе металла


Композитные материалы на основе металла в основном возникли в связи с требованиями высокой прочности и низкой плотности в аэрокосмической промышленности, поэтому широко изучаемые и применяемые композитные материалы на основе металла - это те, которые имеют в качестве матрицы Al, Mg и другие легкие металлы. В 1960-х годах появились композитные материалы на основе металла, непрерывно армированные кабелями и борными волокнами. Из-за высокой цены композитных материалов, непрерывно армированных волокнами, и сложности процесса производства, исследования по этому материалу замедлились в 1970-х годах. Возрастание спроса на жаростойкие материалы для высокотемпературных компонентов в турбинных двигателях вызвало возрождение исследований по композитным материалам на основе металла, особенно по титановым матрицам.

 

Композитные материалы с дискретной армировкой развивались быстро в 1980-х годах, исследования были сосредоточены на композитных материалах на основе алюминия, армированных частицами кремния карбида или оксида алюминия и короткими волокнами. Эти материалы, независимо от соотношения матрицы и армирования по нагрузке, находятся между двумя крайностями - рассеянным и непрерывно армированным волокнами, имеют отличные поперечные свойства, низкое потребление и отличную обрабатываемость, и по сравнению с неармированными сплавами, их производительность также была существенно улучшена. Все эти факторы сделали эти материалы наиболее привлекательными для коммерциализации в многих приложениях.

 

Применения композитных материалов на основе металла в аэрокosмической и космической областях в основном включают замену легкого, но токсичного бериллия. Например, композитные материалы SiCp/Al были использованы для замены бериллия в ракете "Trident" США, и композитные материалы на основе частиц кремния карбида и матрицы алюминия также использованы для замена композитных материалов на основе углеродного волокна и эпоксидной смолы в электронике самолета. В неаэрокosмических и аэрокosмиischen приложениях, композитные материалы на основе металла, армированные короткими волокнами, вызывают всеобщий интерес в автомобильных приложениях. Например, частично армированные поршни внутреннего сгорания двигателя, которые покрыты короткими волокнами оксида алюминия или смешанными короткими волокнами оксида алюминия и кремния и армированные матрицы алюминия. Конventionalные поршни внутреннего сгорания двигателя производятся из сплавов Al-Si для литья, и некоторые используют кольца из высоконикельного чугуна, вставленные в первую канавку кольца.