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[摘 要]树脂基复合材料由于比强度和比刚度高， 可设计性强， 抗疲劳断裂性能好， 耐腐蚀，在航空航天，高速列车，导弹等领域得到广泛应用。
[关键词]先进树脂基复合材料；性能；应用现状与前景
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0027-01
一、 树脂基复合材料概述
树脂基复合材料是一种由多个独立物理相构成的以树脂为基体的固体复合材料，其主要特性有各向异性、结构与组织性能的不均质性、粘弹性、性能分散性等。根据增强材料的不同可以将树脂基复合材料分为不同种类，常见的树脂基复合增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶等。由于树脂基复合材料的结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等特点，一些先进树脂基复合材料已经在防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器上得到广泛应用[1]。此外，通过研究人员在电子、气动、材料等学科交叉领域的综合研究，部分先进树脂基复合材料已经应用于提高战斗机的隐身性能。
我国对树脂基复合材料的研究起步较早，早在上个世纪80年代就开始了对热塑性树脂基复合材料的研究。但目前我国研制的各种树脂基复合材料以玻璃纤维为主，在热塑性复合材料方面尚待更深入的研究。
二、树脂基复合材料的制备方法
与传统金属构件的加工完全不同，树脂基复合材料的制备将材料成形与构件成形有机结合在一起，生产过程中往往要综合考虑原材料的工艺特点、尺寸和形状。目前常见的树脂基复合材料制备方法有手糊成形、喷射成形、纤维缠绕成形、挤压成形、注射成形等。
（一）手糊成形工艺是用手工或机械辅助将增强材料和热固性树枝涂敷在模具上从而使树脂固化形成复合材料的一种方法，一般要经过准备原材料、喷射胶衣、糊制成形、固化、脱模、修边、验收等几个关键步骤。与其他树脂基复合材料的制备方法相比，手糊成形有操作简便、生产费用低、制品的可设计性好等优势。
（二）喷射成形是将短纤维和树脂同时喷射到模具上压实固化成形的工艺方法，需将加了引发剂的树脂和加了促进剂的树脂同时喷出并压实，直至固化形成制品。喷射成形也称为半机械手糊法，优点是降低费用、操作简单、劳动强度低。另外，在一些高精度产品制备过程中，喷射成形可以减少飞边、裁屑和胶液损耗。
（三）挤压成形将浸渍了树脂胶液的连续纤维通过成形模具在模腔内加热固化成形并挤压制成型材制品，与传统的金属构件挤压成形类似，挤压成形制备树脂基复合材料可根据模具的形状制成各种复杂形状的制品。该方法的特点是设备造价低，生产效率高，原材料利用率高，
三、树脂基复合材料的种类及特性
树脂基复合材料采用的增强材料主要有热固性树脂基复合材料、碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
（一）热固性树脂基复合材料。热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。其主要应用于航空航天领域。热固性树脂基复合材料1932年在美国诞生，美、日、俄等传统工业发达国家都有着极高的热固性树脂基复合材料研发水平[2]。
（二）碳纤维树脂基复合材料。我国在碳纤维领域总体水平与西方发达国家差距还比较明显，主要表现在缺乏拥有自主知识产权的高技术含量碳纤维特别是性能稳定离散系数小连续长度合适的纤维。由于碳纤维强度高耐高温导电性好等一系列优异性能，其在航空航天领域占据着重要地位。
（三）玻璃纤维。我国在玻璃纤维方面研究处于于世界先进水平，主要产品包括碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维等。其中玻璃纤维市场应用前景最为广阔，年增长率达10%以上，在军事领域特别是防弹头盔、直升机螺旋桨、雷达罩等方面应用程度较高。此外石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维由于其优异的耐火性能可制成火箭导弹等产品的耐高温部件。
（四）超高分子量聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维是最有应用价值的复合材料之一，除了在传统的军事领域外，汽车制造、船舶制造、医疗器材、体育器材等领域超高分子量聚乙烯纤维都占据着极高的地位。
四、树脂基复合材料的几种特殊应用
（一）山东大学等一些国内高校正在对将树脂基复合材料应用于高速列车刹车片进行研究。我国是世界上高速列车通车里程最高的国家，研究将树脂基复合材料应用于高速列车刹车片有着广阔的市场应用前景。目前研究的重点是研制具有一定摩擦因数的闸片，足够高而且稳定的闸片与制动盘之间的摩擦因数能确保列车安全平稳地停车， 并且保证车轮与钢轨间粘着系数不超过安全要求。考虑到摩擦材料硬度与弹性模量要求偏高以及贴合性差使磨损量增大等缺点，制造刹车片的通常做法是在酚醛树脂的基础上采用共混改性的方法抵消纤维和粉末对硬度和弹性模量的不利影响[3]。
（二）导弹雷达天线罩是目前树脂基复合材料应用比较广泛的领域之一。由于其恶劣的工作环境，雷达罩往往面临功率传输系数、瞄准误差和天线方向图畸变等各种数据稳定性的压力[4]。目前国内导弹雷达罩应用最广泛的材料是环氧树脂，其优点是粘结性能、耐腐蚀性能、电性能优越，另外由于其固化收缩率低从而能比较方便的获得稳定产品，从而极大提高了导弹的打击准确程度。美中不足的是环氧树脂的使用温度较低从而使环氧树脂基材料只在低音速导弹上应用。
（三）先进树脂基复合材料的应用在航天器中也有极高的价值。由于具有高比强度和比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、便于大面积整体成型以及具有特殊电磁性能等特点，先进树脂基复合材料在飞机上的应用逐渐增加[5]。低密度高强度材料将极大提高战机航程，有效提高一个国家的空中力量的威慑力。美国早在上个世纪80年代立项研究的F22和F35飞机中就通过应用树脂基复合材料实现了对飞机15%～30%的减重。
五、对加强我国树脂基复合材料研究的建议
相对于欧美发达国家树脂基复合材料的研究水平，我国树脂基复合材料技术的研究水平还有待进一步提高，需要政府从多个方面着手加大对树脂基复合材料的扶持力度。具体建议有：
（一）进一步建立完善科研体系。虽然我国众多科研机构近年来在提高科研资源使用效率方面有很大进步，但相对于西方发达国家成熟的科研体系还有很大优化空间。我国需要对树脂基复合材料研究比较深入的机构进行重点扶持，提高科研资金利用率，最大程度合理利用宝贵的科研资金。
（二）由于树脂基复合材料在军工方面极具战略价值，建议国家有关部门充分调研树脂基复合材料应用前景，从政策，资金，人才等多个方面充分给予树脂基复合材料产业发展的动力。
（三）立法加强对有关树脂基复合材料制备技术的保密工作。目前日本、美国等多个国家立法限制本国先进材料制备方法的出口，我国也应该效法这些国家完善的保密体系，保障重大科技信息的安全性，保护我国科研人员的知识产权。
（四）建立完善的树脂基复合材料市场化渠道，整合人才、资金、技术多方面优势力量，形成技术高地和产业高地。
随着我国科研水平的快速提高以及对树脂基复合材料研究在资金人才方面的政策倾斜，可以预见，在不久的将来，我国树脂基复合材料将实现与市场的有机结合并对我国经济社会发展做出其应有的突出贡献。
参考文献
[1] 陈祥宝.先进树脂基复合材料的发展和应用[A].航空材料学报，2003（10）：198-204.
[2] Kuetl Y L，et al J of Engineering materials and Technology，1988：l10-113.
[3] 庄光山，王成国，姚永强，王海庆，孙毅.制动盘对盘形制动摩擦性能的影响[B].铁道车辆，2003（6）：1-4.
[4] 石毓锬，梁国正，兰立文.树脂基复合材料在导弹雷达天线罩中的应用[A].材料工程，2000（5）：36-39.
[5] 陈祥宝，张宝艳，邢丽英.先进树脂基复合材料技术发展及应用现状[A].中国材料进展，2009（6）：2-11.
[关键词]先进树脂基复合材料；性能；应用现状与前景
中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）23-0027-01
一、 树脂基复合材料概述
树脂基复合材料是一种由多个独立物理相构成的以树脂为基体的固体复合材料，其主要特性有各向异性、结构与组织性能的不均质性、粘弹性、性能分散性等。根据增强材料的不同可以将树脂基复合材料分为不同种类，常见的树脂基复合增强材料有玻璃纤维、碳纤维、芳纶等。由于树脂基复合材料的结构尺寸稳定性好以及便于大面积整体成形等特点，一些先进树脂基复合材料已经在防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器上得到广泛应用[1]。此外，通过研究人员在电子、气动、材料等学科交叉领域的综合研究，部分先进树脂基复合材料已经应用于提高战斗机的隐身性能。
我国对树脂基复合材料的研究起步较早，早在上个世纪80年代就开始了对热塑性树脂基复合材料的研究。但目前我国研制的各种树脂基复合材料以玻璃纤维为主，在热塑性复合材料方面尚待更深入的研究。
二、树脂基复合材料的制备方法
与传统金属构件的加工完全不同，树脂基复合材料的制备将材料成形与构件成形有机结合在一起，生产过程中往往要综合考虑原材料的工艺特点、尺寸和形状。目前常见的树脂基复合材料制备方法有手糊成形、喷射成形、纤维缠绕成形、挤压成形、注射成形等。
（一）手糊成形工艺是用手工或机械辅助将增强材料和热固性树枝涂敷在模具上从而使树脂固化形成复合材料的一种方法，一般要经过准备原材料、喷射胶衣、糊制成形、固化、脱模、修边、验收等几个关键步骤。与其他树脂基复合材料的制备方法相比，手糊成形有操作简便、生产费用低、制品的可设计性好等优势。
（二）喷射成形是将短纤维和树脂同时喷射到模具上压实固化成形的工艺方法，需将加了引发剂的树脂和加了促进剂的树脂同时喷出并压实，直至固化形成制品。喷射成形也称为半机械手糊法，优点是降低费用、操作简单、劳动强度低。另外，在一些高精度产品制备过程中，喷射成形可以减少飞边、裁屑和胶液损耗。
（三）挤压成形将浸渍了树脂胶液的连续纤维通过成形模具在模腔内加热固化成形并挤压制成型材制品，与传统的金属构件挤压成形类似，挤压成形制备树脂基复合材料可根据模具的形状制成各种复杂形状的制品。该方法的特点是设备造价低，生产效率高，原材料利用率高，
三、树脂基复合材料的种类及特性
树脂基复合材料采用的增强材料主要有热固性树脂基复合材料、碳纤维、玻璃纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
（一）热固性树脂基复合材料。热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。其主要应用于航空航天领域。热固性树脂基复合材料1932年在美国诞生，美、日、俄等传统工业发达国家都有着极高的热固性树脂基复合材料研发水平[2]。
（二）碳纤维树脂基复合材料。我国在碳纤维领域总体水平与西方发达国家差距还比较明显，主要表现在缺乏拥有自主知识产权的高技术含量碳纤维特别是性能稳定离散系数小连续长度合适的纤维。由于碳纤维强度高耐高温导电性好等一系列优异性能，其在航空航天领域占据着重要地位。
（三）玻璃纤维。我国在玻璃纤维方面研究处于于世界先进水平，主要产品包括碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维等。其中玻璃纤维市场应用前景最为广阔，年增长率达10%以上，在军事领域特别是防弹头盔、直升机螺旋桨、雷达罩等方面应用程度较高。此外石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维由于其优异的耐火性能可制成火箭导弹等产品的耐高温部件。
（四）超高分子量聚乙烯纤维。超高分子量聚乙烯纤维是最有应用价值的复合材料之一，除了在传统的军事领域外，汽车制造、船舶制造、医疗器材、体育器材等领域超高分子量聚乙烯纤维都占据着极高的地位。
四、树脂基复合材料的几种特殊应用
（一）山东大学等一些国内高校正在对将树脂基复合材料应用于高速列车刹车片进行研究。我国是世界上高速列车通车里程最高的国家，研究将树脂基复合材料应用于高速列车刹车片有着广阔的市场应用前景。目前研究的重点是研制具有一定摩擦因数的闸片，足够高而且稳定的闸片与制动盘之间的摩擦因数能确保列车安全平稳地停车， 并且保证车轮与钢轨间粘着系数不超过安全要求。考虑到摩擦材料硬度与弹性模量要求偏高以及贴合性差使磨损量增大等缺点，制造刹车片的通常做法是在酚醛树脂的基础上采用共混改性的方法抵消纤维和粉末对硬度和弹性模量的不利影响[3]。
（二）导弹雷达天线罩是目前树脂基复合材料应用比较广泛的领域之一。由于其恶劣的工作环境，雷达罩往往面临功率传输系数、瞄准误差和天线方向图畸变等各种数据稳定性的压力[4]。目前国内导弹雷达罩应用最广泛的材料是环氧树脂，其优点是粘结性能、耐腐蚀性能、电性能优越，另外由于其固化收缩率低从而能比较方便的获得稳定产品，从而极大提高了导弹的打击准确程度。美中不足的是环氧树脂的使用温度较低从而使环氧树脂基材料只在低音速导弹上应用。
（三）先进树脂基复合材料的应用在航天器中也有极高的价值。由于具有高比强度和比模量、抗疲劳、耐腐蚀、可设计性强、便于大面积整体成型以及具有特殊电磁性能等特点，先进树脂基复合材料在飞机上的应用逐渐增加[5]。低密度高强度材料将极大提高战机航程，有效提高一个国家的空中力量的威慑力。美国早在上个世纪80年代立项研究的F22和F35飞机中就通过应用树脂基复合材料实现了对飞机15%～30%的减重。
五、对加强我国树脂基复合材料研究的建议
相对于欧美发达国家树脂基复合材料的研究水平，我国树脂基复合材料技术的研究水平还有待进一步提高，需要政府从多个方面着手加大对树脂基复合材料的扶持力度。具体建议有：
（一）进一步建立完善科研体系。虽然我国众多科研机构近年来在提高科研资源使用效率方面有很大进步，但相对于西方发达国家成熟的科研体系还有很大优化空间。我国需要对树脂基复合材料研究比较深入的机构进行重点扶持，提高科研资金利用率，最大程度合理利用宝贵的科研资金。
（二）由于树脂基复合材料在军工方面极具战略价值，建议国家有关部门充分调研树脂基复合材料应用前景，从政策，资金，人才等多个方面充分给予树脂基复合材料产业发展的动力。
（三）立法加强对有关树脂基复合材料制备技术的保密工作。目前日本、美国等多个国家立法限制本国先进材料制备方法的出口，我国也应该效法这些国家完善的保密体系，保障重大科技信息的安全性，保护我国科研人员的知识产权。
（四）建立完善的树脂基复合材料市场化渠道，整合人才、资金、技术多方面优势力量，形成技术高地和产业高地。
随着我国科研水平的快速提高以及对树脂基复合材料研究在资金人才方面的政策倾斜，可以预见，在不久的将来，我国树脂基复合材料将实现与市场的有机结合并对我国经济社会发展做出其应有的突出贡献。
参考文献
[1] 陈祥宝.先进树脂基复合材料的发展和应用[A].航空材料学报，2003（10）：198-204.
[2] Kuetl Y L，et al J of Engineering materials and Technology，1988：l10-113.
[3] 庄光山，王成国，姚永强，王海庆，孙毅.制动盘对盘形制动摩擦性能的影响[B].铁道车辆，2003（6）：1-4.
[4] 石毓锬，梁国正，兰立文.树脂基复合材料在导弹雷达天线罩中的应用[A].材料工程，2000（5）：36-39.
[5] 陈祥宝，张宝艳，邢丽英.先进树脂基复合材料技术发展及应用现状[A].中国材料进展，2009（6）：2-11.