高性能纖維復(fù)合材料的研究及應(yīng)用

嚴(yán) 巖，朱福和，王 偉

（1.中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2.江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900）

高性能纖維復(fù)合材料的研究及應(yīng)用

嚴(yán) 巖1，2，朱福和1，2，王 偉1，2

（1.中國石化儀征化纖有限責(zé)任公司研究院，江蘇儀征 211900；2.江蘇省高性能纖維重點實驗室，江蘇儀征 211900）

高性能纖維復(fù)合材料是以高性能纖維作為增強(qiáng)材料，樹脂作為基體，通過加工成型得到的復(fù)合材料，具有質(zhì)輕、高強(qiáng)高模、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強(qiáng)、易加工成型等優(yōu)異性能，得到廣泛的應(yīng)用。本文介紹了高性能纖維復(fù)合材料常用高性能纖維和常用樹脂基體、復(fù)合材料界面和應(yīng)用領(lǐng)域，并分析了國內(nèi)高性能纖維復(fù)合材料發(fā)展存在的問題。

復(fù)合材料 高性能纖維 樹脂基體

1 高性能纖維復(fù)合材料的概述

復(fù)合材料是兩種或兩種以上不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的新型固體材料，各組分材料之間有明顯界面，能夠保留各組分材料原有的特點，又通過材料設(shè)計使各組分材料的優(yōu)勢充分發(fā)揮，從而獲得單種材料無法比擬的綜合性能［1-2］。高性能纖維復(fù)合材料一般是以高性能纖維為增強(qiáng)材料，以適合的聚合物（最常使用樹脂）為基體的一種復(fù)合材料，具有高強(qiáng)度、高模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強(qiáng)、易加工成型等特點。20世紀(jì)60年代左右，為了滿足國防軍工和航天技術(shù)的發(fā)展要求，美國等發(fā)達(dá)國家開發(fā)碳纖維等高性能纖維材料并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)，碳纖維環(huán)氧樹脂復(fù)合材料和硼纖維增強(qiáng)環(huán)氧樹脂復(fù)合材料由于高強(qiáng)高模、質(zhì)量輕等優(yōu)異性能開始應(yīng)用于生產(chǎn)戰(zhàn)斗機(jī)等軍工裝備。幾十年來高性能纖維復(fù)合材料不斷發(fā)展，已從航空航天領(lǐng)域向防護(hù)裝備、體育器材、交通、建筑、工業(yè)設(shè)備等多領(lǐng)域迅速推廣。隨著復(fù)合材料研究繼續(xù)深入，其優(yōu)越性能將得到越來越充分的發(fā)揮和應(yīng)用。

2 高性能纖維復(fù)合材料的組成

一般而言，高性能纖維復(fù)合材料是由高性能纖維和樹脂基體組成，兩者之間還存在界面層［3］。材料的性能由增強(qiáng)纖維材料、聚合物基體材料和界面性能所共同決定。

2.1 高性能纖維

高性能纖維又稱特種纖維，是具有特殊物理化學(xué)結(jié)構(gòu)、性能和用途的化學(xué)纖維，如質(zhì)量輕、高強(qiáng)、高模、耐沖擊、耐腐蝕、耐高溫等優(yōu)良性能［4］。高性能纖維類別品種繁多，按結(jié)構(gòu)可分為有機(jī)纖維和無機(jī)纖維兩種，有機(jī)纖維包括：芳香族聚酰胺纖維（俗稱芳綸，包括間位芳綸、對位芳綸和雜環(huán)芳綸）、超高分子量聚乙烯纖維（也稱高強(qiáng)聚乙烯纖維）、聚苯硫醚纖維、聚苯并咪唑纖維、聚苯并噁唑纖維、聚四氟乙烯纖維、聚酰亞胺纖維、聚醚醚酮纖維等；無機(jī)纖維主要包括：碳纖維、陶瓷纖維、玄武巖纖維、硼纖維等。最常用的三大高性能纖維是碳纖維、芳綸纖維和超高分子量聚乙烯纖維［5］。

2.2 樹脂基體

作為纖維增強(qiáng)的樹脂基體，主要作用是傳遞纖維之間的應(yīng)力，降低、減緩?fù)饬?fù)合材料的沖擊，同時能保護(hù)纖維不受外力的摩擦損耗。在復(fù)合材料中，使用較多的是環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂、酚醛樹脂。

環(huán)氧樹脂泛指含有2個或2個以上環(huán)氧基，以脂肪族、脂環(huán)族或芳香族鏈段為主鏈的高分子預(yù)聚物。固化后的環(huán)氧樹脂具有良好的物理、化學(xué)性能。環(huán)氧樹脂分子鏈中含有極性基團(tuán)，使其對各種材料具有較好的粘附力［6-7］。環(huán)氧樹脂有縮水甘油醚類、縮水甘油酯類、縮水甘油胺類、線性脂肪族類、脂環(huán)族類多種，使用最多的是雙酚A型環(huán)氧樹脂，屬于縮水甘油醚類環(huán)氧樹脂。酚醛樹脂是由苯酚和甲醛在催化劑條件下縮聚而成的樹脂，具有良好的耐熱性、耐酸性和力學(xué)性能、生產(chǎn)設(shè)備及工藝簡單等特點，在非常高的溫度下，能保持結(jié)構(gòu)的整體性和尺寸的穩(wěn)定性［8］。不飽和聚酯樹脂是熱固性樹脂中常用的一種，它是由飽和二元酸、不飽和二元酸和二元醇縮聚而成的線形聚合物，經(jīng)過交聯(lián)單體或活性溶劑稀釋形成的具有一定黏度的樹脂溶液，不飽和聚酯樹脂工藝性能優(yōu)良，可以在室溫固化，常壓成型固化后力學(xué)性能略低于環(huán)氧樹脂［9］。

除了上述常用樹脂外，復(fù)合材料還用到熱塑性樹脂（聚烯烴樹脂、聚酰胺樹脂、聚碳酸酯樹脂）和高性能樹脂（聚酰亞胺樹脂、聚砜樹脂、聚醚砜樹脂、聚苯硫醚樹脂）。

2.3 復(fù)合材料的界面

復(fù)合材料的綜合性能由增強(qiáng)纖維和樹脂基體共同決定，纖維與樹脂基體的界面粘合性能對復(fù)合材料綜合性能同樣至關(guān)重要。復(fù)合材料通過界面層把樹脂和纖維連接成為整體，通過界面?zhèn)鬟f應(yīng)力，界面剪切強(qiáng)度也決定著整個復(fù)合材料的應(yīng)用。為了達(dá)到復(fù)合材料的優(yōu)異綜合性能，要求兩相界面之間的粘結(jié)性和相容性要好，復(fù)合材料的界面層顯得尤為重要。

通常芳綸纖維等高性能纖維表面光滑、表面能低、與樹脂浸潤性差，并且表面缺少化學(xué)活性官能團(tuán)，造成表面反應(yīng)活性低。這些原因?qū)е麓蟛糠指咝阅芾w維與樹脂基體間的界面粘合性能不理想，復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度達(dá)不到理想水平，制約了復(fù)合材料綜合性能的發(fā)揮。為了提高復(fù)合材料界面性能，通常需要對纖維進(jìn)行表面改性處理，常用的改性方法有等離子體改性、輻射改性、超聲波處理、表面化學(xué)接枝、表面刻蝕、表面涂層等。

Li Gang［10］等用磷酸對芳綸纖維進(jìn)行了改性，然后與優(yōu)化后的樹脂基體復(fù)合制備了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料。研究表明當(dāng)磷酸的濃度小于40%時不會對芳綸纖維的強(qiáng)度產(chǎn)生明顯的影響，而當(dāng)處理液磷酸的濃度為20%時纖維表面的氧元素含量有明顯的增加。芳綸纖維和樹脂基體復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度分別達(dá)到76 MPa和79MPa，纖維強(qiáng)度的轉(zhuǎn)化率達(dá)到95%，而未改性纖維和未改性樹脂制備的復(fù)合材料的界面剪切強(qiáng)度和層間剪切強(qiáng)度只

有53 MPa和51 MPa。Min Su等［11］研究了氧氣氣氛等離子體改性Kevlar纖維，并測試了改性芳綸纖維/馬來酰亞胺樹脂界面粘合性能。結(jié)果表明氧氣等離子體改變了纖維表面含氧量，這是由于等離子體處理產(chǎn)生的活性中心反應(yīng)生成含氧活性基團(tuán)，并且表面變得粗糙，增加了表面極性和浸潤性，使得復(fù)合材料界面性能提高。最優(yōu)的加工條件是功率70W處理5分鐘，此時復(fù)合材料界面剪切強(qiáng)度最大。Xu等［12］分別利用氧化還原法和γ射線預(yù)輻照法對碳纖維進(jìn)行表面處理，用處理后的碳纖維與環(huán)氧樹脂制備成復(fù)合材料。兩種方法處理后碳纖維表面的氧含量都明顯增加，增加了纖維表明極性基團(tuán)的含量，增強(qiáng)了環(huán)氧樹脂對碳纖維的浸潤性。復(fù)合材料的層間剪切強(qiáng)度（ILSS）測試表明，預(yù)輻照處理和氧化還原法丙烯酸處理使復(fù)合材料的ILSS強(qiáng)度提高了16%左右，與此同時復(fù)合材料的拉伸強(qiáng)度只是有輕微的下降。

3 常見的幾種高性能纖維復(fù)合材料

3.1 碳纖維及其復(fù)合材料

3.1.1 碳纖維簡介

碳纖維是由有機(jī)纖維經(jīng)碳化及石墨化處理后得到的微晶石墨材料，具有軸向強(qiáng)度和模量高、密度低、熱膨脹系數(shù)小、耐化學(xué)腐蝕等性能，又有紡織纖維的柔軟可加工性，屬于一種性能優(yōu)異的新型材料。碳纖維可在2 000℃的高溫下使用，在不接觸空氣和氧化劑的條件下，能夠耐受3 000℃的高溫。根據(jù)機(jī)械強(qiáng)度和模量的不同，碳纖維可分為以下幾大類：高模量纖維、高強(qiáng)度纖維、中模量纖維、低模量纖維、一般級纖維。根據(jù)絲束的大小可以分為大絲束和小絲束，大絲束一般指48～480 K，小絲束一般指1～24 K。按制備工藝分有三類碳纖維，分別是：聚丙烯腈基碳纖維、瀝青基碳纖維和黏膠基碳纖維，其中聚丙烯腈基碳纖維用量最大，發(fā)展最快。碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料是輕量高強(qiáng)高模材料的典型代表，也是目前使用最多發(fā)展較快的一種復(fù)合材料。

3.1.2 碳纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

世界碳纖維生產(chǎn)企業(yè)主要有日本的東麗、東邦和三菱人造絲公司，美國的HEXCEL，德國的西格里集團(tuán)，韓國泰光產(chǎn)業(yè)以及中國臺灣的臺塑集團(tuán)等［13］。其中，日本是聚丙烯腈基碳纖維的發(fā)源地，其發(fā)展一直處在世界領(lǐng)先地位，產(chǎn)量居世界第一。目前國產(chǎn)碳纖維指標(biāo)可以達(dá)到東麗公司T300級產(chǎn)品水平，但是質(zhì)量穩(wěn)定性需要進(jìn)一步提高［14］；干噴濕法紡絲T700級碳纖維在中復(fù)神鷹實現(xiàn)了工業(yè)化生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量有待穩(wěn)定；高品質(zhì)碳纖維，包括T800級的高強(qiáng)度碳纖維和M40J、M50J級的高模量碳纖維正在進(jìn)行攻關(guān)試驗與生產(chǎn)，相關(guān)單位有中科院寧波所、中復(fù)神鷹、威海拓展、北京化工大學(xué)、山西煤化所等。截至2014年底千噸級碳纖維生產(chǎn)企業(yè)有5家，中復(fù)神鷹和恒神新材料達(dá)到3 000 t/a。

3.1.3 應(yīng)用領(lǐng)域

航天航空領(lǐng)域，包括客機(jī)、人造衛(wèi)星、運(yùn)載火箭、無人機(jī)等。如波音787客機(jī)中使用大量碳纖維復(fù)合材料，既減輕了重量，又不損失機(jī)身強(qiáng)度和剛度。新一代的飛行器將使用更高比例的碳纖維復(fù)合材料［15］。

土木建筑領(lǐng)域，利用碳纖維復(fù)合材料棒材替代鋼材，利用碳纖維復(fù)合材料層板加固或修復(fù)橋梁及建筑物。目前在土木建筑中的應(yīng)用有復(fù)合材料棒材、纖維增強(qiáng)膠接層板、碳纖維增強(qiáng)混凝土、碳纖維復(fù)合材料片等。

工業(yè)領(lǐng)域，在基礎(chǔ)設(shè)施、油氣鉆探、壓力容器、復(fù)合材料輥、風(fēng)力發(fā)電等工業(yè)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。

交通運(yùn)輸領(lǐng)域，新一代的汽車要求降低能耗，最重要的措施之一就是減輕汽車質(zhì)量，用一般鋼材是不可能實現(xiàn)的，因此采用復(fù)合材料是最有效的辦法。國外的各大主要汽車廠家，都在開發(fā)使用碳纖維復(fù)合材料的節(jié)能、環(huán)保汽車。雖然目前主要是用在豪華車型，但未來隨著大絲束碳纖維價格的下降，將使碳纖維在更多普通車型中推廣［16］。

體育休閑領(lǐng)域，近年來體育器材生產(chǎn)越來越多地使用碳纖維生產(chǎn)管狀復(fù)合材料，像高爾夫球桿和球拍等，其它還有箭桿、釣魚竿、自行車架、船槳、滑雪工具、棒球棒、公路賽車等體育用品。

3.2 對位芳綸纖維及其復(fù)合材料

3.2.1 對位芳綸纖維簡介

對位芳綸（PPTA）全稱聚對苯二甲酰對苯二胺，是具有代表性的一種高性能合成纖維，合成單體是對苯二甲酸和對苯二胺，兩個酰胺鍵連接在苯環(huán)的對位位置，聚合得到線性剛性直鏈分子簡單規(guī)整，結(jié)構(gòu)單元中有剛性的苯環(huán)和極性的酰胺基團(tuán)，對位芳綸纖維具有強(qiáng)度高（2 400～3 000 MPa）、模量高（62～143 GPa）、耐高溫（Tm=530℃）等優(yōu)異性能［17］。

對位芳綸纖維復(fù)合材料是使用量僅次于碳纖維復(fù)合材料的高性能纖維復(fù)合材料。

3.2.2 對位芳綸產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

對位芳綸生產(chǎn)企業(yè)主要有美國杜邦（代表產(chǎn)品Kevlar），日本帝人（代表產(chǎn)品Twaron和Technora）和韓國科隆、韓國曉星。全球?qū)ξ环季]市場幾乎被美國杜邦和日本帝人所壟斷。國內(nèi)建有不同規(guī)模的對位芳綸生產(chǎn)線：中藍(lán)晨光、煙臺泰和、蘇州兆達(dá)、平煤神馬、儀征化纖、河北硅谷以及廣東彩艷，雖然國內(nèi)芳綸廠家較多，但規(guī)模都不大，芳綸生產(chǎn)力不集中，與國外水平仍有差距。

3.2.3 對位芳綸的應(yīng)用領(lǐng)域

防彈材料，由于芳綸強(qiáng)度高，質(zhì)量輕，能量耗散性好，舒適性較好，適合用于制造防彈衣，防彈頭盔，防彈護(hù)甲，戰(zhàn)略設(shè)施保護(hù)裝備，成為重要的國防軍工材料［18］。

航空航天，芳綸纖維復(fù)合材料廣泛應(yīng)用于航天飛機(jī)、運(yùn)載火箭的結(jié)構(gòu)材料，可以大大減輕飛行器自身重量，節(jié)省大量動力燃料，航天飛行器輕量化可以大大降低飛行成本。

高速列車交通工具，輕量化、節(jié)能化已成為當(dāng)今交通運(yùn)輸工具的發(fā)展趨勢，高性能纖維復(fù)合材料的應(yīng)用可以確保安全且實現(xiàn)大幅度節(jié)能環(huán)保的目的。在高速列車車廂、隔音板、內(nèi)部裝飾板、剎車片等結(jié)構(gòu)中均有芳綸纖維復(fù)合材料的應(yīng)用［19］。

橡膠增強(qiáng)材料，隨著橡膠制品相關(guān)行業(yè)的發(fā)展，一些傳統(tǒng)骨架材料（錦綸、滌綸、鋼絲）無法滿足更高的使用要求，對位芳綸是很有發(fā)展前景的一種橡膠骨架材料。芳綸纖維已應(yīng)用在航空子午線輪胎、大型工程胎、阻燃輸送帶和耐高溫輸送帶、汽車膠管中［20］。國內(nèi)外多家公司生產(chǎn)芳綸橡膠制品，比如日本普利司通公司使用芳綸簾布作為骨架用于大型輸送帶的生產(chǎn)，美國固特異公司制造出芳綸纖維增強(qiáng)航空輪胎以及高性能子午線輪胎。芳綸等高性能纖維在橡膠骨架材料等領(lǐng)域?qū)袕V闊的應(yīng)用前景。

3.3 超高分子量聚乙烯纖維及其復(fù)合材料

3.3.1 超高分子量聚乙烯纖維簡介

超高分子量聚乙烯纖維是由分子量在100萬以上的聚乙烯高聚物所紡出的纖維，上世紀(jì)70年代荷蘭帝斯曼公司發(fā)明超高相對分子量聚乙烯的凝膠紡絲工藝專利，開始了超高分子量聚乙烯纖維的工業(yè)化生產(chǎn)。超高分子量聚乙烯中分子具有很高的取向度和結(jié)晶度，纖維分子幾乎處于完全伸直狀態(tài)，具有超高強(qiáng)度與模量、低密度（0.97 g/cm3）、耐藥品性和高能量吸收性等性能［21］。超高分子量聚乙烯纖維復(fù)合材料在現(xiàn)代化國防和航空航天、海域防御裝備等領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用。

3.3.2 超高分子量聚乙烯纖維產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀

世界超高分子量聚乙烯纖維主要生產(chǎn)企業(yè)是荷蘭帝斯曼公司，日本三井石化和美國霍尼韋爾公司等。國內(nèi)超高分子量聚乙烯纖維企業(yè)有20多家，包括湖南中泰特種裝備有限責(zé)任公司、寧波大成新材料股份有限公司、中石化儀征化纖有限責(zé)任公司、山東愛地高分子材料有限公司、上海斯瑞聚合體科技有限公司、浙江千禧龍?zhí)胤N纖維公司等，合計產(chǎn)能在2萬噸左右，總產(chǎn)能已超過國外的總和，產(chǎn)品質(zhì)量和技術(shù)也有所提升，可以達(dá)到世界先進(jìn)水平。

3.3.3 超高分子量聚乙烯纖維應(yīng)用領(lǐng)域

繩纜繩索，超高分子量聚乙烯纖維斷裂強(qiáng)度很高，又具有密度小于水、耐磨、耐光的性能，是制造繩索繩纜的理想材料。應(yīng)用于生產(chǎn)吊索、懸索、海洋工程用繩、軍工纜繩、漁網(wǎng)等。

防護(hù)領(lǐng)域，用于生產(chǎn)防彈衣、防彈頭盔、抗沖擊板材，其制備的防護(hù)裝備具有柔軟性和輕量化的優(yōu)勢。

體育用品，用于制造球拍、滑雪板、球拍弦和釣魚線，體育器材輕便耐久［22］。

3.4 其它高性能纖維

間位芳綸（MPIA），全稱聚間苯二甲酰間苯二胺纖維，由間苯二胺和間苯二甲酰氯低溫縮聚而成，美國杜邦公司研發(fā)并實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。間位芳綸具有高強(qiáng)高模、耐高溫和阻燃等優(yōu)異性能，同時還有相對密度小、耐疲勞、耐剪切和尺寸穩(wěn)定性好等優(yōu)點［23］。應(yīng)用在耐高溫服、阻燃防護(hù)裝備、高溫濾材、高性能電子隔膜、合成紙等領(lǐng)域。

芳綸Ⅲ纖維，屬于雜環(huán)芳綸，強(qiáng)度和模量比對位芳綸更高，極限氧指數(shù)38以上，有極好的熱穩(wěn)定性和耐燃性，對基體樹脂有好的浸潤性。應(yīng)用于國防、工業(yè)的特殊領(lǐng)域，如武器、高強(qiáng)復(fù)合材料、耐高溫服裝、高強(qiáng)縫紉線、電纜和橡膠增強(qiáng)等［24］。

芳砜綸纖維，是我國研究開發(fā)的芳香族聚酰胺類耐高溫纖維，全稱聚苯砜對苯二甲酰胺纖維，在芳綸分子中引入了對苯結(jié)構(gòu)和砜基。其力學(xué)性能與間位芳綸相當(dāng)，耐熱性比間位芳綸高約20～30℃。主要應(yīng)用于防護(hù)制品、高溫過濾材料、電絕緣材料、摩擦密封材料、蜂窩材料等領(lǐng)域［25］。

聚苯硫醚（PPS）纖維，是一種含有芳香環(huán)的高分子化合物，由苯和硫反應(yīng)合成。聚苯硫醚纖維具有優(yōu)良的耐熱性和耐化學(xué)腐蝕性，不會在酸（硫氧化物等）的露點溫度以下遭侵蝕，成為理想的高溫過濾材料，被認(rèn)為是生產(chǎn)過濾袋最經(jīng)濟(jì)有效的材料。在環(huán)境保護(hù)、汽車工業(yè)、化學(xué)工業(yè)過濾、軍事領(lǐng)域、航空等領(lǐng)域具有廣泛的用途［26］。

聚酰亞胺（PI）纖維，是指主鏈上含有酰亞胺環(huán)的聚合物紡制的纖維。聚酰亞胺纖維強(qiáng)度比芳綸高大約一倍，在耐光、吸水性、耐熱性等方面都更優(yōu)越，具有較高的使用溫度。用于工業(yè)高溫除塵過濾材料，作為結(jié)構(gòu)材料可以應(yīng)用于航空航天、環(huán)保、防火等領(lǐng)域［27］。

4 我國高性能纖維復(fù)合材料產(chǎn)業(yè)的思考

聚對苯基并雙噁唑（PBO）纖維，由美國陶氏化學(xué)和日本東洋紡公司研發(fā)并產(chǎn)業(yè)化，其力學(xué)性能、阻燃性、熱穩(wěn)定性優(yōu)異，高強(qiáng)高模耐高溫綜合性能指標(biāo)優(yōu)于芳綸1414及芳綸1313。用于航空航天領(lǐng)域，防彈衣、防彈頭盔等防彈材料，艦艇結(jié)構(gòu)材料，飛機(jī)機(jī)身結(jié)構(gòu)材料［28］。

玄武巖纖維，以火山巖（包括玄武巖）為唯一原料，高溫熔融拉絲而成，具有耐高溫、耐腐蝕、高強(qiáng)、高模、不燃燒、純天然環(huán)保、耐輻射等性能?？捎糜诂F(xiàn)代國防武器制造、建筑、結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)、電力、汽車船舶制造、消防環(huán)保等領(lǐng)域［29］。

4.1 國產(chǎn)高性能纖維

基體和增強(qiáng)體等原材料是發(fā)展先進(jìn)復(fù)合材料的基礎(chǔ)和前提，而增強(qiáng)纖維技術(shù)尤為重要。碳纖維和芳綸纖維是重要的增強(qiáng)材料，我國碳纖維和芳綸纖維的生產(chǎn)與國際先進(jìn)水平仍有差距，存在一些問題：原絲質(zhì)量差、生產(chǎn)規(guī)模小、成本高、應(yīng)用基礎(chǔ)研究薄弱等。應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)T300級碳纖維、對位芳綸纖維性能穩(wěn)定性和工程化研究和開發(fā)；加強(qiáng)T700、T800級等中高端國產(chǎn)碳纖維的研究，重要復(fù)合材料裝備的發(fā)展應(yīng)立足于國產(chǎn)高性能纖維。

4.2 復(fù)合材料的設(shè)計

復(fù)合材料的設(shè)計水平在一定意義上決定其應(yīng)用水平，應(yīng)充分發(fā)揮復(fù)合材料的優(yōu)越性能，科學(xué)設(shè)計，減輕重量，提高可靠性，降低成本，復(fù)合材料的研究壓力不能完全轉(zhuǎn)加給材料研發(fā)。

4.3 低成本復(fù)合材料技術(shù)

我國在低成本復(fù)合材料技術(shù)方面也面臨著很大的挑戰(zhàn)，除了在原材料、裝配與維護(hù)等方面進(jìn)行研究改進(jìn)外，更重要的是降低復(fù)合材料制造成本。在過去的30多年中，復(fù)合材料的研究與開發(fā)重點放在材料性能提高和工藝優(yōu)化，目前的研究熱點是復(fù)合材料的低成本技術(shù)，低成本制造技術(shù)的應(yīng)用可通過復(fù)合材料的自動化制造提高生產(chǎn)效率和性能，降低復(fù)合材料的制造成本，以及通過提高復(fù)合材料的使用效能進(jìn)而實現(xiàn)成本降低。

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Research and app lication of high perform ance fiber reinforced com posites

Yan Yan1，2，Zhu Fuhe1，2，Wang Wei1，2

（1.Research Institute of Sinopec Yizheng Chemical Fiber Co.，Ltd.，Yizheng Jiangsu 211900，China；2.Jiangsu Key Laboratory of High Performance Fiber，Yizheng Jiangsu 211900，China）

High performance fiber can be used as reinforcing material，and resin used asmatrix，theY can be formed compositematerial through the shaping process.High performance fiber reinforced composites possess excellent characters，such as light qualitY，high strength and high modulus，anti-fatigue，corrosion resistance，designabilitY，easY processing molding，and have been widelYapplied.In this paper，the high performance reinforced fiber and common resin，interface of composite material application fields of high performance fiber reinforced composites are introduced，and the problems in the development of high performance fiber reinforced composites are also analYzed.

composite，high performance fiber，resin matrix

TQ342+.7

B

1006-334X（2015）04-0044-05

2015-11-24

嚴(yán)巖（1989—），山東曲阜人，助理工程師，碩士研究生，主要從事特種纖維研究開發(fā)工作。