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复合材料发展三要素

日期: 2021-06-03 10:11:04

 首先,应不断开发和应用更高比强度、比模量的新型纤维,如PBO纤维、PIPD(M5)纤维、纳米纤维等。
  第二,加强复合材料中纳米材料的应用,直接将一维纳米线用作增强剂,可使复合材料具有极其优异的力学性能。
  目前,在装甲复合材料中,国外已开发出纳米陶瓷、碳纳米管、纳米金属氧化物等增强的聚合物装甲材料。如何使碳纳米管在聚合物中实现良好分散、拉直、取向定向、有序排列,将是纳米复合材料仍需研究的重点。
  第三,应不断向功能化、结构/功能一体化和智能化、仿生化发展。
  复合材料具有设计自由度大的特点,适合于向功能材料和结构/功能材料发展以及向高级形式的复合发展。包括由宏观层面的复合向亚宏观和微观层面的复合发展,由实现机械功能为主的复合向实现电、磁、光、声功能的复合发展,以及进一步向机敏与智能复合材料、仿生复合材料等发展。
  第四,向低成本化方向发展,不断发展材料复合新技术。复合材料的制造成本通常为原材料20%、成型加工70%、质量控制和检测成本10%。因此降低复合材料成本的重点是成型工艺,其次是原材料成本。
  成型工艺应在以下方面突破进行改进和发展:
  首先,发展和使用RTM和树脂膜浸熔工艺(RFI),发展新的低成本的非加热固化工艺,主要有微波、电子束(EB)、超声波、紫外光等方法。
  其次,发展工艺模拟技术,建立铺层、浸胶、固化等过程的模型和采用人工智能模拟,优化工艺,提高工艺参数准确性、自动化程度和制品合格率。
  同时,开发一体化、自动化的成型工艺,如采用缠绕-热压罐、热压罐-RTM等组合,采用拉挤、缠绕等自动化工艺,发展自动化模压、一机多模模压等成型技术。
  可采用以下方法降低原材料成本。采用大丝束碳纤维进行成型,国外已出现160K、320K碳纤维;开发低温固化、高温使用的树脂和预浸料,以降低能耗;使用混杂纤维复合材料。
  此外,发展材料复合新技术。基于微观、亚微观和显微尺寸结构层次上的复合新技术是新一代复合材料发展的重点。
  如在材料合成过程中在基体中产生弥散且与母体有良好相容性、无重复污染为特点的原位复合技术;以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特点的自蔓燃复合技术;以组分、结构及性能渐变为特点的梯度复合技术;以携带电荷基体通过交替的静电引力来形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点的分子自组装技术;以依靠分子识别现象进行有序堆积而形成超分子结构为特点的分子复合技术等。复合材料发展三要素

 

 复合材料应从提高结构效率、工艺效率与降低成本上寻求发展,目前,复合材料技术的发展趋势主要包括以下几点:   
  首先,应不断开发和应用更高比强度、比模量的新型纤维,如PBO纤维、PIPD(M5)纤维、纳米纤维等。
  第二,加强复合材料中纳米材料的应用,直接将一维纳米线用作增强剂,可使复合材料具有极其优异的力学性能。
  目前,在装甲复合材料中,国外已开发出纳米陶瓷、碳纳米管、纳米金属氧化物等增强的聚合物装甲材料。如何使碳纳米管在聚合物中实现良好分散、拉直、取向定向、有序排列,将是纳米复合材料仍需研究的重点。
  第三,应不断向功能化、结构/功能一体化和智能化、仿生化发展。
  复合材料具有设计自由度大的特点,适合于向功能材料和结构/功能材料发展以及向高级形式的复合发展。包括由宏观层面的复合向亚宏观和微观层面的复合发展,由实现机械功能为主的复合向实现电、磁、光、声功能的复合发展,以及进一步向机敏与智能复合材料、仿生复合材料等发展。
  第四,向低成本化方向发展,不断发展材料复合新技术。复合材料的制造成本通常为原材料20%、成型加工70%、质量控制和检测成本10%。因此降低复合材料成本的重点是成型工艺,其次是原材料成本。
  成型工艺应在以下方面突破进行改进和发展:
  首先,发展和使用RTM和树脂膜浸熔工艺(RFI),发展新的低成本的非加热固化工艺,主要有微波、电子束(EB)、超声波、紫外光等方法。
  其次,发展工艺模拟技术,建立铺层、浸胶、固化等过程的模型和采用人工智能模拟,优化工艺,提高工艺参数准确性、自动化程度和制品合格率。
  同时,开发一体化、自动化的成型工艺,如采用缠绕-热压罐、热压罐-RTM等组合,采用拉挤、缠绕等自动化工艺,发展自动化模压、一机多模模压等成型技术。
  可采用以下方法降低原材料成本。采用大丝束碳纤维进行成型,国外已出现160K、320K碳纤维;开发低温固化、高温使用的树脂和预浸料,以降低能耗;使用混杂纤维复合材料。
  此外,发展材料复合新技术。基于微观、亚微观和显微尺寸结构层次上的复合新技术是新一代复合材料发展的重点。
  如在材料合成过程中在基体中产生弥散且与母体有良好相容性、无重复污染为特点的原位复合技术;以自放热、自洁净和高活性、亚稳结构产物为特点的自蔓燃复合技术;以组分、结构及性能渐变为特点的梯度复合技术;以携带电荷基体通过交替的静电引力来形成层状高密度、纳米级均匀分散材料为特点的分子自组装技术;以依靠分子识别现象进行有序堆积而形成超分子结构为特点的分子复合技术等。复合材料发展三要素
 

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