復(fù)合材料國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況

復(fù)合材料(Composite materials)，是以一種材料為基體(Matrix)，另一種材料為增強(qiáng)體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長(zhǎng)補(bǔ)短，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)，使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。

復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹(shù)脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細(xì)粒等。

　　復(fù)合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強(qiáng)粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復(fù)合而成。20世紀(jì)40年代，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強(qiáng)塑料（俗稱玻璃鋼），從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強(qiáng)度和高模量纖維。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強(qiáng)度、高模量纖維能與合成樹(shù)脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料。

復(fù)合材料根據(jù)基體種類可分為樹(shù)脂基復(fù)合材料、金屬基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料、水泥基復(fù)合材料等。

樹(shù)脂基復(fù)合材料是最先開(kāi)發(fā)和產(chǎn)業(yè)化推廣的，因此應(yīng)用面最廣、產(chǎn)業(yè)化程度最高。在建筑方面，樹(shù)脂基復(fù)合材料已廣泛應(yīng)用于內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機(jī)、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等。

21世紀(jì)高性能樹(shù)脂基復(fù)合材料技術(shù)是賦予復(fù)合材料自修復(fù)性、自分解性、自診斷性、自制功能等為一體的智能化材料。以開(kāi)發(fā)高剛度、高強(qiáng)度。高濕熱環(huán)境下使用的復(fù)合材料為重點(diǎn)，構(gòu)筑材料、成型加工、設(shè)計(jì)、檢查一體化的材料系統(tǒng)。

金屬基復(fù)合材料主要是隨航空航天工業(yè)上高強(qiáng)度、低密度的要求而出現(xiàn)的，因此被廣泛研究和應(yīng)用的金屬基復(fù)合材料是以Al、Mg等輕金屬為基體的復(fù)合材料。

陶瓷基復(fù)合材料(CMC)包括顆粒、晶須、短或連續(xù)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。陶瓷基復(fù)合材料的潛在應(yīng)用區(qū)域廣泛，包括宇航、國(guó)防、能源、汽車工業(yè)、環(huán)保、生物、化學(xué)工業(yè)等，在未來(lái)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)中將起關(guān)鍵的作用。

陶瓷基復(fù)合材料的開(kāi)發(fā)一直吸引著技術(shù)發(fā)達(dá)國(guó)家投入巨資進(jìn)行研究。目前，對(duì)陶瓷基復(fù)合材料的研究，美國(guó)和西歐各國(guó)側(cè)重于航空和軍事應(yīng)用，日本則力求把它應(yīng)用在工業(yè)上。

國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)90年代初開(kāi)始進(jìn)行纖維增強(qiáng)玻璃基復(fù)合材料的研究，包括C纖維增強(qiáng)微晶玻璃Cf/LAS、碳化硅纖維增強(qiáng)微晶玻璃SiCf/LAS、SiCf/LCAS，研究?jī)?nèi)容包括工藝、組成、顯微結(jié)構(gòu)、界面結(jié)構(gòu)、力學(xué)性能和熱處理等方面。

水泥基復(fù)合材料包括顆粒型復(fù)合材料(如混凝土)和纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(如纖維混凝土)。1980年高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料誕生。混凝土基體的組成不斷優(yōu)化，已由普通水泥基向環(huán)保水泥基聚合物(Geopolymer)、聚合物水泥基發(fā)展，MDF水泥基、DSP水泥基材料屬超高性能水泥基材料，在此基礎(chǔ)上又出現(xiàn)了性能與工藝優(yōu)化的RPC水泥基；增強(qiáng)水泥基的纖維品種也越來(lái)越多。金屬纖維(主要是鋼纖維)已有各種尺度與各種形狀(平直型、端勾形、波浪形、質(zhì)鈴形、啞鈴形)的鋼纖維；無(wú)機(jī)纖維有天然有機(jī)纖維(木纖維、竹纖維、劍麻纖等)以及不同尺度與不同性質(zhì)的混雜纖維。20世紀(jì)90年代又發(fā)展了新型高性能FRP筋材。基體性能的優(yōu)化和纖維品種的增多大大促進(jìn)了水泥基復(fù)合材料的發(fā)展，應(yīng)用領(lǐng)域也越來(lái)越寬。以鋼纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料為例，普通鋼纖維混凝土(SFRC)已是水泥基復(fù)合材料中研究最多、應(yīng)用最廣的一種，它廣泛用干各種重大和重要工程中，高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料中，典型的有漬漿結(jié)維混凝土(SIFCON)、漬漿網(wǎng)片混凝土(SIMCON)，它們的力學(xué)行為均按數(shù)量級(jí)增長(zhǎng)，在軍事工程上發(fā)揮了特殊的優(yōu)勢(shì)。特別是繼MDF和DSP材料之后，又出現(xiàn)了活性粉末混凝土RPC材料。國(guó)際上的RPC材料有兩大系列，一是RPC200，二是RPC800，RPC800的性能已能與金屬材料媲美，與高分子材料抗衡了，但其生產(chǎn)工藝復(fù)雜，能耗高，難以向工程化和產(chǎn)業(yè)化轉(zhuǎn)換，相比之下RPC200則顯示出更美好的發(fā)展前景。加拿大Sherbrooke采用RPC200建造了世界上第一座RPC步行橋(Walk Bridge)，該橋不僅強(qiáng)度高、耐久性好，而且水泥用量降低40%，結(jié)構(gòu)自重減少1/2～2/3，且制備工藝簡(jiǎn)單，有自流平特征，能耗下降，這一超高性能水泥基復(fù)合材料己引起世界各國(guó)的高度重視，且不斷在工程中拓寬應(yīng)用。RPC材料雖出現(xiàn)在SIFCON和SIM－CON之后，但其發(fā)展速度卻有過(guò)之而無(wú)不及。

標(biāo)簽：發(fā)展?fàn)顩r建筑材料國(guó)內(nèi)外