2016年中国树脂基复合材料的应用与发展趋势

2016年中国树脂基复合材料的应用与发展趋势树脂基复合材料（Resin Matrix Composite）也称纤维增强塑料（Fiber Reinforced Plastics）。目前，随着复合材料工业的迅速发展，树脂基复合材料正凭借它本身固有的轻质高强、成型方便、不易腐蚀、质感美观等优点，越来越受到人们的青睐。本文结合树脂基复合材料的优异性能，探讨树脂基复合材料的应用，目的在于抛砖引玉，与同人共同促进我国新型材料业的发展。

一、树脂基复合材料的优良性能

1、轻质高强，力学性能好

力学性能是材料最重要的性能。树脂基复合材料具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能及减震性能好等优点。树脂基复合材料的密度通常为1.7左右，而其机械强度却可以达到甚至超过普通碳素钢的强度如高模量碳纤维砰、氧树脂的比强度是钢的5倍，是铝合金的4倍，其比模量是铝、铜的4倍制作承力构件可发挥其独特的优良力学性能。

2、可设计性优良

树脂基复合材料成型工艺灵活，其结构和性能具有很强的可设计性。通常纤维（如玻璃纤维）的强度和弹性模量比树脂的强度和弹性模量大几十倍。它可以通过改变纤维的质量分数和分布方向，通过对纤维不同排布的设计，把潜在的性能集中到必要的方向上，使增强材料更有效地发挥作用。它既可使构件在不同方向承受不同的作用力，还可以制作兼有刚性、韧性和塑性的制品，以最大限度地接近预期目标，满足工程性能要求。另外，在树脂分子中引人卤素或无卤素聚合物可使树脂基复合材料达到非常良好的阻燃效果，掺入适当的抗静电剂且可起到防爆作用。

3、耐化学腐蚀性和耐候性优良

树脂基复合材料与普通金属的电化学腐蚀机理不同，其制品表面电阻值为1*10（16次方）~1*10（22次方），在电解质溶液里不会有离子榕解出来，因而对大气、水和一般浓度的酸、碱、盐等介质有着良好的化学稳定性特别是它在强非氧化性酸和相当广泛的pH值范围内的介质中都有着良好适应性，可代替不锈钢材料另外，在树脂中加入相关的辅料可有效改善其耐老化、耐候等物理化学性能。

4、电性能优良

树脂基复合材料具有良好的绝缘性能，它不受电磁波作用，不反射电波，通过设计可使其在很宽的频段内都具有良好的透微波性能。

5、热性能良好

树脂基复合材料的导热系数为0.03~0.05，比普通材料小得多，在一定温度内，树脂基复合材料具有较好的热稳定性。

二、树脂基复合材料的主要应用

1、能源工业

树脂基复合材料具有耐酸、耐碱、耐有机溶剂、耐油等优异的耐腐蚀性能，因此在煤矿生产及石油的开采、运输、储备中得到非常广泛的应用。1994年国家实用新型专利阻燃、抗静电玻璃钢复合材料罐道的开发与应用，为矿山井筒装备长效防腐开辟了一条新途径[10）解决了煤矿井筒装备长期处于高湿、高风速和酸碱浸蚀等恶劣环境中的防腐蚀问题。多功能复合管道是我国20世纪90年代的科研成果，其研制是根据煤矿生产、石油开采和运输的实际工况条件，将塑料、树脂基复合材料和金属等复合而成一种压力ζ25MPa，公称直径φ为25~600mm，最大长度为12m的新型高、中、低压FRPI塑料复合管道该复合管的开发应用为促进我国国民经济发展起到了重要作用。河南理工大学近年来研制的高强双抗煤矿玻璃钢管道，重量轻、强度高、阻燃、抗静电，安装拆卸极为方便。由于管道内壁有丰富的树脂层，输送介质运行阻力小且不结垢，使用周期成本低。研制人员对玻璃钢管道及其在煤矿井下铺设理论的研究和设计，为在煤矿井下大规模使用树脂基复合材料管道提供了可靠的理论基础，高强双抗煤矿玻璃钢管道为国家重点推广计划，近年来在国内部分煤矿使用，产生了良好的社会效益和经济效益。

玻璃钢锚杆是取代金属锚杆的新兴复合材料产品。该产品发挥了树脂基复合材料固有的理化特性和力学性能，相对质量密度只有1.6~2.0，是同等钢锚杆的，强度高并有一定的延伸量玻璃钢锚杆在煤矿井下使用因不受紫外线照射，老化速度缓慢，保持支护效果好，较好地满足了煤矿生产要求，大幅度提高了煤炭开采效率。

我国的燃气输送管道尚处于从传统的钢管网向塑料管网发展的初始阶段，其潜在市场非常大，从技术经济性能分析，树脂基复合材料管、罐十分适合于天然气、煤气的输送和储存，且有利于环保，其综合经济效益好，社会效益显著。

2、建筑业

建筑工业在国民经济中占有很重要的地位，是国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步，人们在房屋质量、居住条件和娱乐设施等方面提出越来越高的要求。在建筑行业发展和使用树脂基复合材料，对减轻建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑设计、加速施工进度、降低造价以及提高经济效益等都十分有利，是实现建筑现代化的必要条件。树脂基复合材料的可设计性和良好的力学性能可用于建筑物的承载结构以及建筑物加固用作承载结构的复合材料建筑制品有柱、桁架、梁、基础、承重折板、屋面板、楼板等，用粘贴预应力GFRP板加固、混凝土梁可提高极限荷载54%;GFRP筋作为钢筋的新型代用材料，更具有耐久性，其粘结强度高于钢筋约77%；人造大理石、人造玛瑞等装饰材料用于建筑物装饰，性能和外观效果极好，它可以配制成各种鲜艳的色彩，也可以制造出不同的花纹和图案，适宜制造各种装饰板、大型浮雕及工艺美术雕塑等。透明玻璃钢的透光性极好（同玻璃），可取代玻璃用于建筑物采光，其最大特点是承受荷载不易破碎，用于建筑工程，可以将结构、围护及采光3者综合设计，能够达到简化采光设计、降低工程造价之目的。在工业厂房、民

用建筑、农业温室及大型公用建筑的天窗、屋顶采光，可以用树脂基复合材料透明波形板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等。

在采暖通风、给水、排水及污水处理工程中，已大量使用树脂基复合材料制品，如冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片及整体成型的采暖通风制品，工程上应用的中央空调系统中的通风厨、送风管、排气管、防腐风机罩，以及各种规格的给水玻璃钢管、高位水箱、化粪池、防腐及污水处理设备等。由于废水耐蚀介质的种类和腐蚀性能都在不断增加，近年来越来越多废水处理系统的管道用玻璃钢制造。应用于各类卫生洁具方面的产品有浴盆、洗面盆、坐便盆，各种整体式、组装式卫生间等。高层建筑的楼顶旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告物和楼房加高等也多采用树脂基复合材料。

随着建筑工业的迅速发展，树脂基复合材料将越来越多地被用于建筑工程。实践表明，树脂基复合材料应用在现代建筑中比传统建筑材料性能更加优良，综合效益更好。

3、汽车工业

当今汽车工业的主体技术正步入转型换代的新时期，轻量化、智能化、节能、安全和环保是主要的发展方向。汽车技术的发展对材料提出了更高的要求，优质汽车材料是汽车工业技术创新的重要内容和物质基础。

树脂基复合材料用于汽车工业近年来发展迅速，欧美国家在汽车工业上的应用占总的复合材料的23%，高于建筑和航空工业。汽车上应用树脂基复合材料可以减轻自重，降低油耗，从而提高运载能力。它用于车辆内部装饰具有舒适隔声、隔热、降低震动等优点。树脂基复合材料汽车部件制品主要有车身壳体、汽车顶蓬、引擎盖、保险扛、仪器盘、油箱、座椅、刹车片和安全气袋等。GRP车厢壳体是树脂基复合材料在汽车应用的主要产品之一，它能承受外部气动栽荷、冲击栽荷及车身振动，具有足够的强度、刚度和良好的尺寸稳定性。树脂基复合材料安全气袋既有刚性又有韧性，断裂伸长率高，抗蠕变性能优异采用树脂基复合材料生产和制造汽车制动缸可节约原材料，减少污染，该材料不易被制动液腐蚀，因而在一些发达的国家被广泛应用。国内用树脂基复合材料制造汽车制动缸正处于研究的起步阶段。

从全球范围看，汽车工业是树脂基复合材料较大的用户之一，今后的发展潜力巨大，目前许多新技术正在开发中。据有关部门调查，美国福特汽车公司用碳纤维/复合材料制作车身等160多个零部件，使汽车整体质量减轻570险，耗油降低33%节约了大量的能源。因此，我国要进一步加大对树脂基复合材料在汽车制造业的研究和开发应用的力度，进一步促进汽车制造业的发展。

4、其他领域

树脂基复合材料作为化学工业的耐腐蚀材料已有50多年的历史，氯碱工业是将玻璃钢用作耐腐材料的最早应用领域之一，而后它陆续进入化工行业的各个领域。在化肥、造纸、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中发挥了重要作用。它在机械、电子、体育、娱乐、