树脂基复合材料的研究现状及发展趋势

周洁; 秦琴; 王彩

【期刊名称】《《黑龙江科技信息》》 【年(卷),期】2017(000)013 【总页数】2页(P50-51)

【关键词】树脂基复合材料; 增强机理; 发展趋势; 面临挑战 【作 者】周洁; 秦琴; 王彩

【作者单位】四川大学锦城学院机械工程学院 四川成都611731 【正文语种】中 文

树脂基复合材料优良的耐疲劳性、超高的比强度、超高的比模量、良好的抗腐蚀性能、良好的减震性能和过载安全性为它提供了很大的发展空间，并且具有多功能、成型简单、材料的结构和性能有可设计的特点。树脂基复合材料良好的性能使得复合材料在航空航天、汽车行业、机械电子行业、建筑行业、生活中比如体育器材等领域有非常广泛的应用，在近几年更是得到了飞速发展。本文主要介绍树脂基复合材料的中增强材料的增强机理、研究现状和它广泛的应用以及发展现状和面临的挑战。

玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维是树脂基复合材料采用的增强材料中最主要的增强材料。下面就介绍一下增强纤维的增强机理和研究现状。 1.1 玻璃纤维的增强机理

玻璃纤维是一种无机非金属材料，绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好，机械强度高，

主要由二氧化硅、氧化铝、氧化钙等构成。玻璃纤维沿着机体内部生长,当受到的外力扩散到整个机体材料时,材料的抗拉强度、抗冲击强度及弯曲性能提高。 张磊[1]等采用E玻璃纤维和环氧树脂制成的树脂基复合材料，并进行加载实验。实验得出，玻璃纤维做增强材料，树脂基复合材料有很好的抗拉性能，并且重量轻，有很好的绝缘性，也有效的降低了成本。

郭云竹[2]等通过实验分析用E玻璃纤维做增强材料的树脂基复合材料的热性能得出，玻璃纤维的强化作用会增加树脂基复合材料的储存模量和热稳定性。 尹志娟[3]等通过对玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的低温性能研究得出，在低温的环境中，玻璃纤维的横向收缩比树脂基体小，因此树脂基复合材料的拉伸强度和压缩强度提高。

张硕[4]等通过对玻璃纤维增强环氧树脂复合材料力学性能的研究，得出玻璃纤维具有显著的各向异性，并且玻璃纤维可以改善复合材料力学性能。

王启强[5]等研究了玻璃纤维含量对树脂基复合材料的影响，得出当玻璃纤维含量为20%时，树脂基复合材料的力学性能最佳。 1.2 碳纤维的增强机理

碳纤维的碳含量高达95%以上，这就决定了它的高强度和高模量。碳纤维的优点在于它的质量轻、强度高、耐腐蚀、比性能高、没有蠕变、耐疲劳、良好的导电性能并且外形具有显著的各向异性、柔软和可加工性。

宋显辉[6]等通过对碳纤维树脂基复合材料传感特性研究，得出碳纤维树脂基复合材料有良好的变形-电阻敏感性，并且蠕变较小，稳定性较好。

孙永连[7]等通过对碳纤维树脂基复合材料的弯曲强度、冲击强度和压缩强度等的实验，得出碳纤维树脂基复合材料在拉伸强度、模量、传热导电等方面有巨大的优势。可以考虑在航空航天和国防等领域应用。

王永辉[8]等通过研究增加碳纤维前后的树脂基复合材料的研究，得出结论碳纤维

可以提高树脂基复合材料的吸波性能，使树脂基复合材料具有吸波的特性，因此可以将树脂基复合材料应用在战机上。

殷艳飞[9]等通过对比加入碳纤维前后的树脂基复合材料的摩擦磨损性能得出，碳纤维提高了树脂基摩擦材料的耐磨性和摩擦因数的稳定性。

张浩宇[10]等进行了实验研究碳纤维增强环氧树脂复合材料加筋板的压缩屈曲特性得出复合材料加筋板在压缩载荷下有较大的后屈曲承载能力 1.3 芳纶纤维的增强机理

芳纶纤维是一种新型高科技合成纤维，它有良好的机械性能、优异的阻燃及耐热性能、稳定的化学性质、耐辐射性及很好的抗老化性能并且具有很长的生命周期。 杨鹏[11]等进行了芳纶纤维增强环氧复合材料的界面性能研究，得出经多巴胺改性的芳纶/环氧复合材料的拉伸改性，明显的提高了纺织结构芳纶纤维环氧复合材料的界面性能研究强度、层间剪切强度和冲击强度。

马保吉[12]等通过对芳纶纤维增强酚醛树脂摩擦材料的磨损机理研究，得出以杜邦公司生产的Kevlar芳纶纤维为例的增强相能有效地提高摩擦材料的摩擦稳定性,并降低摩擦系数。

李丹[13]等通过研究芳纶纤维对环氧树脂润滑涂层性能的影响，得出在干摩擦条件下，芳纶纤维可以提高环氧树脂基润滑涂层的抗摩和抗黏着性能。

树脂基复合材料轻质高强，力学性能好，可设计性优良，耐化学腐蚀和耐候性优良，电性能优良，热性能良好，在各个行业的应用越来越广泛。 2.1 在航空航天方面的应用

树脂基复合材料在航空航天中的应用主要表现在高的比强度和比模量、良好的耐腐蚀和隐蔽性、材料的结构及性能的可设计性以及灵活的成型工艺等。从受力较小的部件如舱门到一级次承力部件如平尾尾翼再到主要的承力部件[14]，树脂基复合材料在航空航天上，从军机到民用机，由次到主、由局部到主体发展，可见树脂基复

合材料发展速度的迅猛。 2.2 在桥梁建筑方面的应用

因为树脂基复合材料的力学性能好，在桥梁建筑的建造过程中可以根据受力情况局部加强，既可以提高其承载能力，也可以节约材料，减轻自重。树脂基复合材料的表面光滑，故在装饰方面有很大的应用空间，比如制造不同花纹的图案，各种装饰板等[15]。树脂基复合材料还具有透光性良好、隔热性好、隔声性能好、电性能好并且耐化学腐蚀，对于提高建筑物的使用功能，降低工程造价，提高经济效益十分有利。

2.3 在汽车工业上的应用

树脂基复合材料应用在汽车上可以减轻汽车车身的重量，降低油量耗损，提高运载能力，而且可以提高车内部饰品的舒适度、隔音隔热、降噪减震等功能[16]。传统的车身所使用的薄钢板虽然具有高强度的优点，但是质量高。使用树脂基复合材料代替传统车身所用的高强度薄钢板已经成为必然的发展趋势。无论是玻璃纤维增强复合材料还是碳纤维增强复合材料，都可以有效地减少车身自重，降低油耗，使汽车内部的装饰有隔音隔热、降噪降震等优点。更有利于汽车行业向着轻量化、智能化、节能、安全、环保发展。 2.4 在煤矿中的应用

我国每年工业设备因腐蚀造成的损失，煤矿所占比例很大[17]，所以发展树脂基复合材料成了必然趋势，不仅可以提高经济效益，还可能推动技术革新。树脂基复合材料在煤矿中的应用，主要有煤矿玻璃钢管道、玻璃钢复合材料锚杆、煤矿井筒装备等。这些设备不仅关系到矿井的工作效率，更关系到矿工的生命安全。加快煤矿技术设备的建设，是每一位科技工作者的重要任务。

树脂基复合材料已经实现系列化和产业化，并且自动化、数字化技术趋于成熟。树脂基复合材料的应用领域不断拓展，从军用到民用，从天空到海洋，都有树脂基复

合材料的身影。

其效能不断提高；并且新型的结构功能一体化材料也在不断发展。

未来材料向着多功能化、环境友好化、智能化、高性能化、低成本化、信息化、高效化、清洁可再生发展，传统的成型方式已经不满足树脂基复合材料的生产，低温固化复合材料技术、热压罐成型技术、低成本成型等技术的改进与优化[18]将对材料的低成本高质量生产有很大的推动。结构一体化树脂基复合材料朝多功能化和尖端化发展[19]，新型的格栅型和点阵型结构[18]已经开始得到应用，研究更多高性能结构的复合材料成为必然的趋势。

【相关文献】

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[3]尹志娟,王丽雪,姜珊.玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料的低温性能研究[J].黑龙江工程学院学报,2010,1:50.

[4]张硕,姚宁,吴继平,张广泰.玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能[J].电工材料,2016,1:11. [5]王启强,彭龙贵.玻璃纤维增强环氧树脂复合材料的力学性能研究[J].化工时刊,2016,7:4. [6]宋显辉,刘冬,吕泳,李卓球.碳纤维树脂基复合材料的传感特性研究[J].工程塑料应用,2007,02:48. [7]孙永连,朱波,周珊珊,乔琨,李永威,陆桂来,徐志伟.纤维与玻璃纤维增强环氧树脂基复合材料性能比较[J].材料导报,2014,S2:286.

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[12]马保吉,朱均.芳纶纤维增强酚醛树脂摩擦材料的磨损机理研究[J].摩擦学学报,2001,3:205. [13]李丹,尹延国,刘勇,许昌庆:芳纶纤维对环氧树脂固体润滑涂层性能的影响[J].润滑与密封,2013,06:73.

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