復(fù)合材料在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

1、9.4 復(fù)合材料 在設(shè)計(jì)中的應(yīng)用制作人：楊夢(mèng)珂 楊苗 周群目錄發(fā)展和應(yīng)用主要應(yīng)用領(lǐng)域 應(yīng)用舉例發(fā)展趨勢(shì)和對(duì)未來(lái)設(shè)計(jì)的影響 發(fā)展與應(yīng)用v目前全世界復(fù)合材料年產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到550多萬(wàn)噸，年產(chǎn)值達(dá)1300億美元以上v2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%，年產(chǎn)量約200萬(wàn)噸。與此同時(shí)，美國(guó)復(fù)合材料在20世紀(jì)90年代年均增長(zhǎng)率約為美國(guó)GDP增長(zhǎng)率的2倍，達(dá)到4%6%。v2000年，美國(guó)復(fù)合材料的年產(chǎn)量達(dá)170萬(wàn)噸左右。特別是汽車(chē)用復(fù)合材料的迅速增加使得美國(guó)汽車(chē)在全球市場(chǎng)上重新崛起。v亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長(zhǎng)，2000年的總產(chǎn)量約為145萬(wàn)噸，預(yù)計(jì)2005年總產(chǎn)量將達(dá)180萬(wàn)噸。v復(fù)合材料在美國(guó)和

2、歐洲主要用于航空航天、汽車(chē)等行業(yè)。v2000年美國(guó)汽車(chē)零件的復(fù)合材料用量達(dá)14.8萬(wàn)噸，歐洲汽車(chē)復(fù)合材料用量到2003年估計(jì)可達(dá)10.5萬(wàn)噸。v在日本，復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè)，如衛(wèi)浴設(shè)備等，此類(lèi)產(chǎn)品在2000年的用量達(dá)7.5萬(wàn)噸，汽車(chē)等領(lǐng)域的用量?jī)H為2.4萬(wàn)噸。應(yīng)用領(lǐng)域復(fù)合材料1.航空航天領(lǐng)域：制造飛機(jī)機(jī)翼和前機(jī)身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)、太陽(yáng)能電池翼和外殼、大型運(yùn)載火箭的 殼體、發(fā)動(dòng)機(jī)殼體、航天飛機(jī)結(jié)構(gòu)件等。2.汽車(chē)工業(yè)：制造汽車(chē)車(chē)身、受力構(gòu)件、傳動(dòng)軸、發(fā)動(dòng)機(jī)架及其內(nèi)部構(gòu)件。3.化工、紡織和機(jī)械制造領(lǐng)域：制造化工設(shè)備、紡織機(jī)、造紙機(jī)、復(fù)印機(jī)、高速機(jī)床、精密儀器等。4.醫(yī)學(xué)領(lǐng)域：制造醫(yī)用X光機(jī)

3、和矯形支架等。另外還用于制造體育運(yùn)動(dòng)器件和用作建筑材料等。應(yīng)用舉例航空航天電氣工業(yè)建筑汽車(chē)工業(yè)農(nóng)業(yè)生物材料體育運(yùn)動(dòng)氮化硅結(jié)構(gòu)陶瓷被用作航天飛機(jī)的防熱瓦 航空航天特點(diǎn)：熱穩(wěn)定性好，高強(qiáng)度，耐高溫、高壓美國(guó)B-2隱形轟炸機(jī)表面為具有良好吸波性能的碳纖維復(fù)合材料特點(diǎn)：重量輕、強(qiáng)度大、耐高溫、抗疲勞的優(yōu)點(diǎn)；還可間接改善飛行性能，降低雷達(dá)波反射。最大尺寸:每個(gè)葉片的重量為50噸.風(fēng)力發(fā)電葉片特點(diǎn)：采用具有極高敏感度的信息傳感材料，可高效率實(shí)現(xiàn)信息獲取、轉(zhuǎn)換。電氣工業(yè)由光導(dǎo)纖維構(gòu)成的光纜特點(diǎn)：體積小，生產(chǎn)成本低，傳導(dǎo)速率快，物理敏感性能高Random 吊燈“蒼鷺”臺(tái)燈特點(diǎn)：采用高科技的玻璃纖維和環(huán)氧樹(shù)脂材

4、料。纖薄的膜層會(huì)隨機(jī)成卷。球的大小分為大中小三個(gè)尺寸。特點(diǎn)：燈體底座和燈臂采用經(jīng)玻璃纖維增強(qiáng)的PA66制成，底座底部裝有用聚碳酸酯塑料制成的小輪子，輪子上涂有硅橡膠，使燈具能在平面上平滑移動(dòng)，反光燈罩采用高拋光鋁材和耐熱防護(hù)玻璃。VAIO G 系列筆記本電腦特點(diǎn)：采用多層全碳纖維材料和LED屏幕技術(shù)，機(jī)身設(shè)計(jì)輕薄但卻堅(jiān)韌。諾基亞8800 CA手機(jī)特點(diǎn)：外殼由碳纖維、鈦合金、不銹鋼等材料組成，屏幕則采用了超高強(qiáng)度玻璃材質(zhì)。手機(jī)外觀時(shí)尚簡(jiǎn)約經(jīng)典，體現(xiàn)出清爽、典雅、奢華的效果。建筑玻璃纖維增強(qiáng)的聚合物基復(fù)合材料(玻璃鋼)具有力學(xué)性能優(yōu)異，隔熱、隔聲性能良好，吸水率低，耐腐蝕性能好和裝飾性能好的特點(diǎn)，

5、因此，它是一種理想的建筑材料。在建筑上，玻璃鋼被用作承力結(jié)構(gòu)、圍護(hù)結(jié)構(gòu)、冷卻塔、水箱、衛(wèi)生潔具、門(mén)窗等。車(chē)站欄桿特點(diǎn)：采用塑木復(fù)合材料，其顯著優(yōu)勢(shì)在于理化性能好、加工性能高，性?xún)r(jià)比好，且環(huán)保，無(wú)毒害，可回收。汽車(chē)工業(yè)invicta 超級(jí)跑車(chē)特點(diǎn)：采用單片碳纖維車(chē)殼，車(chē)殼與鋼管空間車(chē)架底盤(pán)連接在一起，形成一個(gè)非常強(qiáng)壯、且質(zhì)量非常輕的車(chē)身結(jié)構(gòu)，扭曲剛度高，抵抗外力方面有著優(yōu)異的特性。汽車(chē)儲(chǔ)氣罐農(nóng)業(yè)蔬菜大棚特點(diǎn)：復(fù)合材料大棚骨架是多種化工原料機(jī)制而成，具有鋼的質(zhì)量。竹桿的韌性。又有塑料般的防水性能和柳條般的彎曲弧度。骨架堅(jiān)固耐用，耐潮、耐腐蝕，抗老化。它較鋼架不生銹。 生物材料高分子分離膜已被用來(lái)制

6、造高效家庭凈水器 生物陶瓷 人工關(guān)節(jié)人工腎臟復(fù)合生物材料，有效解決材料的強(qiáng)度、韌性及生物相容性問(wèn)題，目前研究較多的是：合金、碳纖維/高分子材料、無(wú)機(jī)材料 開(kāi)發(fā)新型醫(yī)用合金材料,生物適應(yīng)性?xún)?yōu)良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代鈦合金中有毒性的Al、V等，生物親和性顯著提高，,耐蝕及機(jī)械性能也有較大改善，在脊椎校正、斷骨固定等方面有特殊的應(yīng)用。 以納米顆粒作為藥物和基因轉(zhuǎn)移載體，將藥物、DNA和RNA等基因治療分子包裹在納米顆粒之中或吸附在其表面，同時(shí)也在顆粒表面耦聯(lián)特異性的靶向分子，通過(guò)靶向分子與細(xì)胞表面特異性受體結(jié)合，在細(xì)胞攝取作用下進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)，實(shí)現(xiàn)安全有效的靶向性藥物和基因治

7、療。 體育運(yùn)動(dòng)獲得男子自行車(chē)公路賽冠軍的德國(guó)著名車(chē)手烏爾里希的“坐騎”是用碳纖維環(huán)氧復(fù)合材料做的支架，質(zhì)量?jī)H7.5千克。發(fā)展趨勢(shì)(1)降低成本由于復(fù)合材料的性能優(yōu)于傳統(tǒng)材料，如能降低復(fù)合材料的成本，其應(yīng)用前景將是非常廣闊的。(2)高性能復(fù)合材料的研制 高性能復(fù)合材料是指具有高強(qiáng)度、高模量、耐高溫等特性的復(fù)合材料。隨著人類(lèi)向太空發(fā)展，航空航天工業(yè)對(duì)高性能復(fù)合材料的需求量越來(lái)越大，而且也會(huì)提出更高的性能要求，如更高的強(qiáng)度要求、更高的耐溫要求等。(3)功能性復(fù)合材料 功能復(fù)合材料是指具有導(dǎo)電、超導(dǎo)、微波、摩擦、吸聲、阻尼、燒蝕等功能的復(fù)合材料。(4)智能復(fù)合材料 智能復(fù)合材料是指具有感知、識(shí)別及處理能力的復(fù)合材料。在技術(shù)上是通過(guò)傳感器、驅(qū)動(dòng)器、控制器來(lái)實(shí)現(xiàn)復(fù)合材料的上述能力。(5)仿生復(fù)合材料復(fù)合材料的設(shè)計(jì)從常規(guī)設(shè)計(jì)向仿生設(shè)計(jì)發(fā)展。(6)環(huán)保型復(fù)合材料 從環(huán)境保護(hù)的角度看，目前的復(fù)合材料大多注重材料性能和加