從稻草土磚到航空航天,復合材料大放異彩

      早在新石器時代,人類就學會使用稻草作為增強材料摻入粘土中曬干制磚,利用植物纖維以增加其抗拉強度,這可以說是復合材料的早來源。
 
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      簡單來說,復合材料就是由兩種或兩種以上不同性質的材料,通過物理或化學的方法,在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短,產生協同效應,使復合材料的綜合性能優于原組成材料而滿足各種不同的要求。
 
  20世紀40年代,因航空工業的需要,發展了玻璃纖維增強塑料(俗稱“玻璃鋼”),50年代以后,陸續發展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維,70年代出現了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合,構成各具特色的復合材料,在科學技術發達的今天,有著十分重要的作用。
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  在復合材料大家族中,纖維增強材料一直是人們關注的焦點。碳纖維復合材料是由碳纖維與樹脂、金屬、陶瓷等基體材料復合,制成的結構材料。作為新興的非金屬材料,其廣泛應用于航空、航天等軍事領域。隨著相關的制造及使用技術日臻成熟,又帶動了碳纖維復合材料在民用領域應用的極大發展,主要應用在汽車機械、建筑材料、文體、化工、醫療等方面,并正在快速的取代傳統金屬材料成為結構用材的選。據統計,2016年碳纖維市場的需求為76500噸,比上年增長11.8%。
 
  “由于碳纖維具有良好的物理特性及機械性能,質量輕、強度高、設計自由度大、耐沖擊、耐腐蝕等,已經成為汽車行業輕量化的重點研究方向之一。”飛天眾智制造科技服務平臺(簡稱“飛天眾智”,www.techina2025.com)技術負責人表示。飛天眾智是國內的技術服務平臺,致力于為技術供需各方提供高效無縫對接服務,碳纖維復合材料的開發、試制、及生產全流程服務正是其特色業務之一。
 
  以某款碳纖維發動機蓋為例,飛天眾智綜合性能、成本、工藝及輕量化效果等因素,對其展開設計、仿真、樣件試制與試驗等應用研究工作,從而實現整車的輕量化,提高汽車的整體性能。飛天眾智復合材料團隊由來自國內外多家知名航空院所、復材工廠、咨詢公司等技術骨干組成,在復合材料產品的原材料選材、產品設計、仿真分析、優化設計、試樣試制、實驗規劃等方面擁有豐富經驗,曾參與過多個航空、軍工、汽車、體育競技復合材料產品的研發和聯合設計生產。
 
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  碳纖維復合材料發展如火如荼,但目前的推廣應用也存在一定困難。先碳纖維原材料成本較高;其次碳纖維制品的生產制造技術具有一定局限性,缺乏快速/大批量連接技術,生產周期較長;此外碳纖維無法降解,在循環再利用方面仍存在問題。飛天眾智秉承“依托航天復材體系技術、助力復材全流程服務”的核心理念,消化、吸收和創新復合材料全流程一體化服務,致力于根據客戶的不同產品需求提供個性化全流程的解決方案。
 
  “一代材料,一代制造”。在制造業的蓬勃發展和研究機構的不懈探索下,碳纖維復合材料完全有實力去擔當新一代先進制造業,尤其是先進裝備制造業的創新基石。