環氧樹脂/碳纖維復合材料的成型工藝與應用(下)

目前星載天線的結構材料已被CF復合材料一統天下。地面各種口徑的毫米波、亞毫米波的高精度、高穩定性CF復合材料拋物面天線已在工業發達成功應用。CF復合材料及其應用技術的研究已引起高精度拋物CF復合材料天線結構設計及成型工藝的一場變革。電子工業部第三十九研究所研制了低膨脹、高居里溫度的精密合金模具材料和中溫固化EP體系,并采用鋪層設計和轉移法金屬化技術,終研制出口徑為1000mm,型面精度達到0.131mm的高精度、薄板式EP/CF復合材料拋物面天線。西北電子設備研究所選擇了具有高比剛性、高比強度、低線脹系數的EP/CF復合材料,用手工鋪層、熱壓罐成型的工藝方法制得了EP/CF復合材料衛星天線肋條。經檢測表明,肋條達到設計要求,并將應用于某星載通信天線系統。
    3.5 接骨板
    骨折愈合是一個極其復雜的生物學過程,在影響骨折愈合的多種因素中,以骨折局部力學環境和血液供應為重要。接骨板內固定是治療四肢長骨骨折的重要手段之一,但接骨板的植入勢必會引起骨折環境中的生物學反應,擾亂骨折愈合所必需的生物學環境。因此,接骨板對骨折局部血供和力學環境的影響成為衡量接骨板質量及設計是否合理等的重要參數。如何既保證骨折段穩定,又能使骨折端承受一定的應力刺激,同時盡可能減少接骨板植入對骨折局部血供的損害,一直是人們針對接骨板內固定研究和探索的熱點。多年來,學者們圍繞上述兩方面對接骨板的材料、生物相容性、剛度、設計等進行了許多新的探索和嘗試,并將一些成功的結果應用于臨床,收到了滿意的效果。
    接骨板固定后,在固定骨段發生骨量喪失和骨結構紊亂及骨力學性能下降的原因,目前看法尚不統一,可以歸納為3種:一是應力遮擋,即由于鋼板彈性模量明顯高于骨質,使內固定段骨長期得不到生理應力刺激而發生骨結構改變;二是血運破壞,包括鋼板壓迫手術致軟組織骨膜損傷;三是預應力,即在鋼板螺釘固定后,骨內產生與骨干長軸方向不同的應力。但不論哪種理論,均與鋼板的剛性,鋼板與骨干表面的接觸面積和固定時間有關。采用EP/CF接骨板具有與骨彈性模量相似的特點,骨折固定后可以在骨折端產生微量活動,以刺激周圍骨痂形成使骨折得到堅強的Ⅱ期愈合。
    3.6 風電葉片
    潔凈能源是全關心的問題,風力發電則是重要的潔凈能源之一。據估計2020年發電總量中,風力發電要占12%。風力發電進展迅速,這也為用于風力發電裝置的復合材料提供了廣闊市場。
    風力發電裝置關鍵、核心的部分是轉子葉片,葉片的設計及其采用的材料決定著風力發電裝置的性能和功率,也決定著其電力成本及價格。復合材料在風力發電上的應用,實際上主要是在風力發電轉子葉片上的應用。風力發電轉子葉片占風力發電整個裝置成本的15%-20%,制造葉片的材料、工藝對其成本有決定性影響。因此,材料的選擇、制備工藝的優化對風力發電轉子葉片十分重要。風力發電轉子葉片材料根據葉片長度不同而選用不同的復合材料,目前普遍采用的是聚酯樹脂/GF、EP/GF和EP/CF。隨葉片長度的增加,要求提高材料的性能,以減輕葉片的質量。同樣是34m長的葉片,采用EP/CF比用聚酯樹脂/GF質量降低34%。因此,葉片材料發展的趨勢是采用EP/纖維復合材料,特別是隨功率的增大、葉片長度的增加,更要求采用EP/CF復合材料。由于風力發電單位成本隨風力發電的單機功率的增大而降低,目前風力發電進一步向大功率、長葉片方向發展,除了要求提高材料的性能,對轉子葉片也不斷提出更新設計要求,進而又對材料提出新要求。因此,EP/CF復合材料在風力發電上的應用必將不斷擴大。
    3.7 導電復合材料
    導電材料由電絕緣性能較好的合成樹脂和具有優良導電性能的填料及其它添加劑通過混煉造粒,并采用注射成型、擠壓成型等方法制得。其具有防止帶電、除去靜電等用途,廣泛用于半導體材料、抗靜電材料、導電性材料等領域。其分為結構型和填充型兩種導電材料。填充型導電材料因加工簡單、成本低而得以迅速發展。
    CF與其它導電填料相比,具有密度小、力學性能好、導電性能持久等優點。CF的電磁屏蔽性能主要源于自身良好的導電性,其電導率隨熱處理溫度的升高而增大,因此高溫處理下得到的CF的導電率已逐步接近導體,具有較高的電磁屏蔽性能,如經高溫處理后的PAN/EP/CF復合材料在頻率500MHz時其屏蔽效果可達37dB。
    4 結語
    性能優異的EP/CF復合材料已經獲得了廣泛的應用。隨著CF制備技術、CF表面處理技術的進一步發展以及EP制備工藝和固化技術的迅速發展,EP/CF復合材料的綜合性能還將會得到提高。隨著EP/CF成型新工藝的不斷研究和開發,采用環保、簡便、快捷且價廉的成型工藝,生產性價比更高的EP/CF制品,將會極大地推動EP?CF復合材料的發展,并有效地拓寬EP/CF復合材料的應用領域。