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2020-02-27 03:52:50南京聚隆閱讀

據外(wai)媒報道(dao),縴維(wei)增強復合材料(Fiber-reinforced polyumer,FRP)是由塑料聚合樹脂(plastic polymer resin)及增強縴維(wei)(reinforcing fiber)組成,將兩種材質合成為FRP後(hou),不僅能保持其原有材料的特性,還(huai)強化了FRP的整(zheng)體性能,大幅提升了新(xin)材料的強度和(he)剛性。

聚合樹脂通常(chang)具有粘性,易zi)誚jin)行模制操作(zuo),但其硬度相(xiang)對yue)先ruo)。該材料所含的樹脂成分可防(fang)止材料受(shou)到磨損(sun),可對其表(biao)面(mian)形成保護,防(fang)止受(shou)到jiao)  鎦實那質礎(chu)2喚鋈鞜耍 貌牧匣huai)可被用作(zuo)增強縴維(wei)的粘合劑。

由于強度高、質地輕(qing),FRP復合材料已被huai)惴河τ糜詮guo)防(fang)、航空等領域。近年來,該材料的應用範圍進(jin)一步擴(kuo)大,被用于制造(zao)豪車、風力渦(wo)xin)只ind turbine)、壓(ya)縮天(tian)然氣(qi)罐等設備(bei)。各大制造(zao)商們對FRP也頗為青睞(lai),因為其質地輕(qing)盈、強度高、剛度大,屬于一款(kuan)不錯的輕(qing)量化材料,在運輸時還(huai)能起到節能作(zuo)用。此外(wai),由于其強度、耐用性及化學結(jie)構,FRP開始被被應用到工業設備(bei)、建築及其他基礎(chu)設施中。

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FRP復合材料的制造(zao)

FRP復合材料的制造(zao)工藝需要耗費大量的熱能、壓(ya)力才能實現復合材料的粘合。

縴維(wei)的制備(bei)

對碳縴維(wei)及玻璃縴維(wei)FRP的制造(zao)而言,高溫條件不可或缺。碳縴維(wei)可分別(bie)用聚丙(bing)烯(xi) 縴維(wei)、瀝青縴維(wei)、粘膠絲或酚醛縴維(wei)經碳化制得。碳縴維(wei)的制造(zao)包括(kuo)︰縴維(wei)紡絲、熱穩定化(預(yu)氧化)、碳化、石(shi)墨化等4個(ge)過程,其間(jian)伴(ban)隨的化學變化包括(kuo),脫氫、環化、預(yu)氧化、氧化及脫氧等。先通過一系列高溫烤箱(xiang)將其制成“白(bai)色縴維(wei)(white fiber)”,經氧化和(he)碳化處(chu)理(li)後(hou)將其制成“黑色縴維(wei)(black fiber)”。而玻璃縴維(wei)則采用高溫爐(high-temperature furnace)經高溫熔制、拉絲、絡紗chu)  嫉裙?罩圃zao)成的,視所制造(zao)零部件的具體要求而異。

零部件的生(sheng)產

目前,可采用多種途徑,加工、生(sheng)產FRP復合材料制成的零部件。通常(chang),在進(jin)行零部件加工前或加工時,將強化縴維(wei)與聚合物混合,然後(hou)將其放入模具內,采用分層法(fa)(layering)將零部件制作(zuo)成最(zui)終(zhong)形態(tai)並進(jin)行加熱處(chu)理(li)。對于某些稜(ling)角較多、外(wai)形較為復雜的零部件而言,可將縴維(wei)與樹脂放入模具槽孔內,擠入原料後(hou)再進(jin)行加熱。對于管(guan)材及其他長(chang)工件,可用模具擠出縴維(wei)及樹脂,並在高溫下(xia)固(gu)化。

材料應用

若對制備(bei)工藝進(jin)行改進(jin)後(hou),或許(xu)還(huai)能降低FRP復合材料的生(sheng)產成本及能量密度,其被huai)惴河τ糜詬骼嚶τ彌校 墑迪紙諛薌疤嶸芐xiao)的作(zuo)用。

汽車︰對力圖(tu)實現輕(qing)量化的汽車行業而言,該款(kuan)材料顯(xian)得至關(guan)重要,其可提升車輛的能效(xiao)及燃油(you)經濟性,同時還(huai)符合安全性標(biao)準。若車輛實現減(jian)重10%,其燃油(you)經濟型將提升6-8%,相(xiang)當于將純電動(dong)車的續(xu)航里程數(shu)延長(chang)了10%。相(xiang)較于傳統(tong)的鋼材,FRP玻璃縴維(wei)可將質量減(jian)輕(qing)25-30%,而碳縴維(wei)復合材料可將質量減(jian)輕(qing)60-70%。

風力渦(wo)xin)只RP碳縴維(wei)復合材料硬度高,分量輕(qing),耐疲勞(lao)性強,可實現渦(wo)xin)忠鍍 jian)重並延長(chang)葉片的長(chang)度,進(jin)而提升風力發電的能效(xiao)。截止至2018年,風力發電站或將成為FRP碳縴維(wei)復合材料的最(zui)大消費對象。

壓(ya)縮天(tian)然氣(qi)儲罐︰車用儲罐要求其材料質地輕(qing)盈,強度高,可存儲氫氣(qi)及天(tian)然氣(qi)。盡管(guan)FRP碳縴維(wei)復合材料xia)慍盜敬 蘚he)高壓(ya)氫罐的要求,但其造(zao)價卻頗為高昂。

工業設備(bei)︰由于該款(kuan)復合材料耐腐蝕性高,能提升工業設備(bei)及bai)榧男閱塴8貌牧匣蚪 嶸冉jiao)換器、風扇、鼓風機及其他設備(bei)的性能,能夠耐高溫,延長(chang)管(guan)材和(he)儲罐的使用壽命(ming),提升機械設備(bei)的電絕(jue)緣性。

將由于該材料性能出色,建築業、道(dao)路(lu)橋梁、海船、及輸電線等其他行業、相(xiang)關(guan)設備(bei)或將隨之受(shou)益。

技術挑戰

為實現多種應用,研究機構還(huai)需要克服與FRP復合材料及制造(zao)工藝相(xiang)關(guan)的各項技術難題。

能源(yuan)強度

未來十(shi)年內,工業及能源(yuan)業各類應用對該材料的需求量將激增310%,如此巨大的需求量意味著(zhou)目前迫切需要降低該材料的制造(zao)成本及能源(yuan)消耗。相(xiang)較于傳統(tong)鋼材,其所需的能源(yuan)強度是前者的3-5倍。

產品的生(sheng)產︰縴維(wei)制造(zao)及零部件生(sheng)產制造(zao)是較為復雜的工藝。降低tong)殺荊 殼靶枰 蟹 geng)為高效(xiao)、可預(yu)見(jian)性的制造(zao)工藝,在確保性能的前提下(xia),縮短生(sheng)產周期。

除(chu)降低tong)殺就wai),推廣FRP材料的應用還(huai)需要更(geng)多創新(xin)設計(ji)理(li)念、預(yu)測(ce)建模、穩健的材料特性、性能驗證及工藝自動(dong)化等。

可再利用性

若能實現重復利用,可大幅提升FRP復合材料的成本收益,進(jin)而將節省大量的能量損(sun)耗,特別(bie)是在不損(sun)耗其質量、性能的前提下(xia)實現該材料的重復利用。對該材料的再利用可大幅改善(shan)復合材料的能源(yuan)利用及排放值,有助(zhu)于實現越(yue)發嚴苛(ke)的再循環目標(biao)。

深遠的經濟影(ying)響

FRP是一項新(xin)技術,未來將使多個(ge)行業、市場發生(sheng)轉(zhuan)變。據業內分析師預(yu)計(ji),截止至2016年,玻璃縴維(wei)復合材料市場的市值或將達到164億美元。截止至2020年,FRP碳縴維(wei)復合材料的市值將增至252億美元。

------來源(yuan)于蓋世(shi)汽車

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