纤维复合材料:材料市场中的新型材料

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复合材料是由有机高分子、无机非金属或金属等几类不同材料通过复合工艺组合而成的新型材料.这种新材料既保留原组成材料的重要特色,又通过复合效应获得原组分所不具备的性能.

纤维复合材料是复合材料按照结构分类中的一种,是以一种纤维材料为基体,另一种纤维材料为增强体,将各种纤维增强体置于基体材料内复合而成的新材料.各种组成纤维材料在性能上能互相取长补短,产生协同效应,使纤维复合材料的综合性能优于原组成材料,从而满足各种不同需求.例如：玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维等.其中就玻璃纤维而言,由于高强度玻璃纤维性价比较高,因此增长率也比较快,年增长率达到10%以上.其应用范围也不仅局限于军用方面,民用产品也有广泛应用,如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品,各类耐高温制品以及轮胎帘子线等.

迄今为止,我国高强度玻璃纤维已达到国际先进水平,且拥有自主知识产权,形成了小规模产业,现阶段年产可达500吨.碳纤维复合材料具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能,首先在航空航天领域得到广泛应用,近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用.土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维.

在纤维复合材料主要应用领域中,由于它与传统材料相比有很多优点：比强度和比模量高；抗疲劳性好；减振能力好；高温性能好；破损安全性好；性能的各向异性及可设计性强等,使得在桥梁和房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场前景看好.

碳纤维复合材料研究

项目简介：碳纤维及其复合材料具有高比强度、高比模量、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳、抗蠕变、导电、传热和膨胀系数小等一系列优异性能.既可作为结构材料承载重荷,又可作为功能材料发挥作用.目前几乎没有什么材料具有这样多方面特性.因此,碳纤维复合材料属先进复合材料,是典型高新技术产品.碳纤维复合材料的基体可用树脂、炭、金属和无机材料等.

所处阶段：成熟应用阶段

玻璃纤维复合材料制品及其耐久性研究

项目简介：该项目研制了玻纤水泥材料(GRC)拱形弦波屋盖.该产品用短切玻纤与网格布的双重增强,全截面均匀受力,充分发挥复合材料的力学潜能,承载能力比同等厚度的平板提高近20倍,板厚仅为10mm的屋面板其极限跨度可达到7.2m,实现了结构安全性与经济性的良好统一.

所处阶段：中期阶段

意义：该产品可与屋面建筑功能与结构承重融为一体,自承重、自防水；强度高、韧性好、造型优美；重量轻、造价低、施工简便.产品可广泛应用于体育活动中心、展览中心、仓储中心、集贸市场、工业厂房等工程建设中,安全可靠,市场前景良好.

纤维复合材料加固建筑结构研究

项目简介：该课题研究内容包括配制粘贴玻纤片材的粘结用胶,计算分析粘贴纤维复合材料对地基沉降引起砖砌体裂缝所起的作用.自行研制的配套用于粘贴玻璃纤维的配套胶粘结剂基本达到碳纤维片材加固混凝土结构技术规程《CECS146:2003》的性能指标.研制了配套用于粘贴玻璃纤维的底层涂料、修平腻子和配套胶粘结剂,用自制的胶进行了钢筋混凝土梁的抗剪加固.进行了砖墙加固理论计算分析和钢筋混凝土梁粘贴玻璃纤维抗剪加固试验.

所处阶段：成熟应用阶段

碳纤维复合材料在石油开采中应用

项目简介：高强度高柔韧性碳纤维复合材料抽油杆,解决了长期以来抽油杆综合性能难于提高的难题.该抽油杆由碳纤维增强树脂基复合材料组成,接头为专门设计的高强度专用接头,安全可靠.高的模量、耐腐蚀和耐磨性；抗疲劳性能好,疲劳实验后,剩余强度90%；重量轻,千米碳纤维抽油杆重量仅180公斤；柔韧性好,最小曲率半径为350毫米,可盘绕生产和运输；截面积小,仅为钢制抽油杆的五分之一；碳纤维的减磨特性,极大地保护了套管；机械化操作；实际应用节电三分之一以上,提高产油量三分之一以上,生产无污染,废杆可回收再利用.

所处阶段：成熟应用阶段

竹纤维复合材料结构、性能

及制备工艺研究

项目简介：该项目首次以竹材加工废弃物和木材为原料,加工成竹、木纤维；按适当比例制造竹木复合中密度纤维板,经过系统研究和生产性实验,科学地确定了竹,木纤维的合理比例,研究了温度、压力、时间之间的关系,确定了最佳工艺,为竹、木复合中密度纤维板生产提供了科学依据,成果达到国内同类研究的领先水平.产品经国家竹木产品质量监督检验中心检测,所检项目符合GB/T11718-1999标准要求.

所处阶段：初期阶段

意义：该项目的研制成功,使竹构加工厂废弃物得到综合利用,并创造了可观的经济效益和无法估量的生态效益.

碳纤维复合材料加固钢筋混凝土受弯构件试验研究

项目简介：该项目采用碳纤维复合材料,对不同强度等级、不同配筋率的混凝土受弯构件进行加固,经试验分析,取得了斜截面抗剪和正截面抗弯破坏特征,构件抗剪、抗弯能力增强规律,工作机理,材料的作用发挥（允许极限变形）,二次受力的影响.给出了该项加固技术的设计计算方法、施工工艺、构造措施、检验和验收及施工安全注意事项等,并在此研究报告基础上,在国内首次编制了《碳纤维复合材料加固混凝土受弯构件技术规程》,在工程建设中广泛推广应用.

所处阶段：成熟应用阶段

高阻燃性新型酚醛复合材料的研制

项目简介：该课题研制了一种具有高阻燃性、能够常温固化的酚醛树脂,应用于玻璃纤维增强树脂复合材料,得到具有高阻燃性的酚醛复合材料.

课题利用金属盐络合催化制备出高临位、高反应活性的浅色酚醛树脂；另采用间苯二酚与甲醛反应形成初期树脂,利用间苯二酚更高反应活性的特点,并添加催化剂形成起快速固化作用的组份.这样的双组份树脂具有常温固化的特点,可用于玻璃钢的手糊制作.树脂具有低色泽、低气味,常温固化的特点,其固化产物和用该树脂手糊制作的玻璃钢板的燃烧性能如下：氧指数：树脂为50.4；玻璃纤维板为72.1；玻璃纤维板的烟密度为5.4.无论树脂还是玻璃纤维复合材料均具有优良的阻燃性能和防火效果.使用该树脂手糊制备的玻璃纤维复合材料的弯曲强度可达140MPa以上,弯曲弹性模量可大于14GPa,拉伸强度达到260MPa,其具有良好的机械性能,可满足需要用于结构材料.

所处阶段：初期阶段

意义：该种材料作为结构材料能够广泛应用于建筑、交通、矿山等领域,同时起到防火作用.

高性能高附加值木

纤维复合工程材料开发

项目简介：利用该技术生产的木纤维/合成纤维复合材料是以木材或各种短纤维植物材料为原料,大规模生产制造各种形状复杂的高强度工程产品.该技术解决了单纯木质材料压延变形功能差,不能象塑料那样通过一定的工艺过程形成具有复杂形状结构工程产品的问题.另一方面又解决了单纯塑料制品在使用过程中热稳定性差、不易自然降解等问题.因此,该技术产品在轿车内饰件,异型包装材料、建筑装饰材料、以及家具等方面有广泛用途.极大地扩展了木材及其制品的应用领域.

所处阶段：中期阶段

意义：木纤维/合成纤维复合工程材料生产技术是人造板技术和纺织工业的无纺织技术嫁结而形成的新型技术路线,属于国内首创.

三维编织纤维增强医用聚合物复合材料应用基础理论研究

项目简介：该项目创造性的提出了将航空航天领域应用的三维编织复合材料应用于生物医学骨科领域的理论构想.首先对该复合材料在骨植入方面的应用进行了系统的基础性研究,包括三维编织复合材料界面理论研究、成型理论研究、疲劳机理探索、吸湿理论和混杂效应等的研究.在理论研究的基础上,设计和制造出力学和生物学性能最适合骨愈合的特性要求的三维编织纤维复合材料.

所处阶段：中期阶段

明胶/蒙脱土杂化纳米

复合材料

项目简介：将二维片层状增强材料―蒙脱土引入到生物相容性、降解性良好的生物材料―明胶中,使其高性能化.本论文首次将插层技术应用到生物材料上,扩大了蒙脱土的应用范围,对明胶等蛋白质材料的性能改善探索了新的途径,使其作为结构生物材料具有潜在的应用前景.制备了明胶/蒙脱土杂化纳米复合材料,并通过DSC、TGA、SEM和拉伸性能测试等手段,考察了复合材料的热性能和机械性能.结果表明,制得的复合材料为插层型或部分剥离型纳米复合材料,其性能得到了显著提高.复合材料DSC曲线中的高温Tg峰值消失,热失重和热分解速率明显降低.在不同的蒙脱土含量和明胶基体pH值的情况下,复合材料的拉伸强度和杨氏模量均明显提高.同时SEM照片显示,由于蒙脱土的插层作用,明胶断口表面呈现塑化的趋势.

意义：该项目应用前景广阔.

纤维复合材料抗环境研究

项目简介：纤维复合材料由于强度高、耐腐蚀等优异性能而被广泛用于许多特殊场合,但其抗环境性能与许多因素有关,研究这些因素对纤维复合材料影响对材料的应用具有重要意义.本项目采用玻璃纤维增强复合材料,用于对圆柱形水泥混泥土进行增强,对这一增强系统在不同的热湿条件下进行处理,并对其抗压性能进行了测试,探讨了复合条件、热湿等外界条件对增强系统性能的影响.

意义：本研究结果对水泥混泥土结构增强补强具有一定的参考价值；可应用于纤维复合材料、水泥混泥土结构增强补强领域；在金属材料易被腐蚀的场合采用纤维增强复合材料,可产生明显的经济效益.

壳聚糖-明胶网络/羟基磷灰石复合材料支架的研究-成骨细胞培养

项目简介：将原代培养大鼠颅骨成骨细胞第3代,种植于孔隙率分别为85.20%、90.40%和95.80%的支架材料中,结果大鼠颅骨成骨细胞在孔隙率为90.40%和95.80%的支架材料中生长良好,增殖较快,周围分泌有大量细胞外基质,3周时局部已出现骨样组织,且细胞/支架结构物有利于钙质沉积,表明此壳聚糖-明胶网络/羟基磷灰石复合材料支架有望成为培养自体成骨细胞的材料,以重建新的骨组织.

成果类型：基础理论

植物纤维增强热塑性塑料

复合材料研究开发

项目简介：该项目研究的技术水平达到国际先进.项目以热磨机械浆(TMP)等植物纤维为增强材料,以尼龙、聚丙烯等热塑性塑料为基体,通过复合工艺制成新型材料.该复合材料制备工艺路线合理,技术先进,植物纤维与基体之间产生良好的界面粘合作用,其主要性能指标比基体提高0.2～2.0倍.其主要创新是通过分子设计成功开发出蜡状相容剂、攻克了植物纤维复合材料研制中TMP强度低、基体加工温度高易导致纤维发生热降解等技术难题.产品具有质轻、价廉、材料的收缩与扭曲小、机械性能高、加工性好、能耗小、对生产设备磨损小等优点；产品性能价格比高,且国内尚未见此类产品问世；加工过程不仅可以采用传统的通过粒子原料成型,而且可以采用增强剂与基体直接复合成型.

所处阶段：成熟应用阶段

纤维复合材料（FRP）在混凝土输水洞（管）修复加固中应用

项目简介：该课题针对钢筋混凝土输水洞（管）在有压水流、有害介质、脉动压力作用下,造成混凝土碳化、裂缝、渗水、漏水、钢筋腐蚀等病害,采用高新纤维材料（FRP）,并自主开发研制了适用于潮湿条件的专用结构胶及相应的混凝土修补材料,研究出一种新型有效的粘贴补强加固技术.

所处阶段：成熟应用阶段

新型复合增强纤维摩阻材料

项目简介：该项技术不采用金属材料,而是采用性能优良的复合纤维和耐热性能优越的粘合剂混合制成的刹车片,它具有成本低、密度小；耐温、耐磨、耐环境性能好等特点.这类摩阻材料具有稳定的摩擦性能,且耐高温技术指标均达&

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制砖用植物纤维镁质复合材料技术

项目简介：产品特性：抗裂、抗震性；不返卤；保温隔热性；轻质、强度；防水性与水泥粘附性；能钉、能切割、易加工；施工方便；价格便宜.由于材料的差异轻质加气植物纤维复合砖尽管比较廉价,但与传统粘土砖相比价格略高,需要在大规模生产中注意降低成本.

所处阶段：中期阶段