树脂基复合材料的应用与发展

乔岭峰

【摘 要】树脂基复合材料当前在交通、化工、轻工、机械、电子、水利、汽车、家电和宇航等各个领域应用非常广泛。基于此，本文对树脂基复合材料的实际应用和发展进行了阐述。

【关键词】树脂基复合材料；应用；发展

引 言

树脂基复合材料也称纤维增强塑料，是目前技术比较成熟且应用最为广泛的一类复合材料。这种材料是用短切的或连续纤维及其织物增强热固性或热塑性树脂基体，经复合而成。以玻璃纤维作为增强相的树脂基复合材料在世界范围内已形成了产业，在我国俗称玻璃钢。

一、树脂基复合材料的概述

（一）树脂基复合材料的组成

树脂基复合材料作为一种复合材料，是由两个或两个以上的独立物理相，包含基体材料和增强材料所组成的一种固体产物。树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。

1.玻璃纤维

目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。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。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来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、各类耐高温制品等。

2.碳纤维

碳纤维具有强度高、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。据预测，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。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。

（二）树脂基复合材料的性能特点

1.各向异性（短切纤维复合材料等显各向同性）；

2.不均质（或结构组织质地的不连续性）；

3.呈粘弹性行为；

4.纤维（或树脂）体积含量不同，材料的物理性能差异；

5.影响质量因素多，材料性能多呈分散性。

（三）树脂基复合材料的种类

1.热固性树脂基复合材料

热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。

2.热塑性树脂基复合材料

热塑性树脂基复合材料是20世纪80年代发展起来的，主要有长纤维增强粒料、连续纤维增强预浸带和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。

二、我国复合材料的发展潜力和热点

（一）复合材料创新

复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。

（二）开发能源、交通用复合材料市场

一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。

（三）纤维复合材料基础设施应用

国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。

（四）复合材料综合处理与再生

重点发展物理回收（粉碎回收）、化学回收（热裂解）和能量回收，加强技术路线、综合处理技术研究，示范生产线建设，再生利用研究，大力拓展再生利用材料在石膏中的应用、在拉挤制品中的应用以及在SMC/BMC模压制品中的应用和典型产品中的应用。

三、树脂基复合材料在体育娱乐器材方面的应用

复合材料体育用品种类很多：有水上体育用品、如复合材料皮艇、赛艇、滑艇、帆船、帆板、冲浪板等；球类运动器材有网球拍、羽毛球拍及垒球棒、篮球架的篮板等；冰雪运动中有复合材料滑雪板、滑雪杖、雪撬、冰球棒等；跳高运动用的撑杆、射箭运动的弓和箭等也都选用复合材料代替传统的竹、木及金属材料。实践证明，很多体育用品改用复合材料制造后，大大地改善了其使用性能，使运动员创造出好成绩。

在娱乐设施中，复合材料已大量用于游乐车、游乐船、水上滑梯、速滑车、碰碰车、儿童滑梯等产品，这些产品充分发挥了玻璃钢重量轻、强度高、耐水、耐磨、耐撞、色泽鲜艳、产品美观及制造方便等特点。目前国内各大公园及各游乐场的娱乐设施，都已基本上用玻璃钢代替了传统材料。

复合材料钓鱼竿是体育娱乐器材中的大宗产品，它主要分为玻璃钢钓鱼竿和碳纤维复合材料钓鱼竿两类。其最大特点是强度高、重量强、可收缩、携带方便、造型美观等。

四、在环境保护领域中的应用

随着工业的发展，环境污染问题已成为当今世界令人关心的问题之一，许多国家投入巨大人力、物力，致力于环境保护工业这一新兴工业部门。

玻璃钢在给排水管道工程中已得到了广泛的应用，最近几年，越来越多的废水处理系统的管道用玻璃钢制造，一个基本原因就是废水的耐蚀介质的种类和腐蚀性能都在不断增加，这就要求使用耐蚀性能更好的材料，而而腐蚀玻璃钢是满足这种需求的最好材料。

五、结论

复合材料在娱乐设施交通能源医用等方面用途广泛，尤其是在新能源方面有很好的发展优势随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受。

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