樹脂基的案例
干貨丨北京航材院：航空發(fā)動機樹脂基復(fù)合材料的應(yīng)用
樹脂基復(fù)合材料因其比強度比剛度高，可設(shè)計性好，阻尼減振性能優(yōu)異，易于整體化成型等優(yōu)點已成為新型航空發(fā)動機重要的結(jié)構(gòu)材料。本文選取風(fēng)扇葉片，包容機匣，聲襯和襯套等典型航空發(fā)動機部件，,介紹了樹脂基復(fù)合材料在國外民用航空發(fā)動機的應(yīng)用狀況。之后論述了樹脂基復(fù)合材料在航空發(fā)動機結(jié)構(gòu)優(yōu)化，經(jīng)濟性，環(huán)保性等方面的優(yōu)勢。基于微納材料混雜技術(shù)，3D打印技術(shù)和超材料技術(shù)分析了航空發(fā)動機樹脂基復(fù)合材料發(fā)展的新趨勢。最后從"設(shè)計-材料-工藝-評價"角度就未來樹脂基復(fù)合材料在我國民用航空發(fā)動機應(yīng)用發(fā)展提出了一些思考。
近些年美國通用電氣公司(USA, general electric company, GE或通用電氣)、美國普拉特·惠特尼公司(USA, pratt & whitney group, P&W或普·惠)、英國羅爾斯·羅伊斯公司(UK, rolls-royce group, R·R或羅·羅)等在樹脂基復(fù)合材料發(fā)動機部件應(yīng)用方面取得了較大進展。以普·惠公司為例，1970年首先在JT9D發(fā)動機上使用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備了風(fēng)扇整流錐。為了進一步減重，1981年采用芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備了JT9D-TR4發(fā)動機整流錐。之后樹脂基復(fù)合材料被大量應(yīng)用于普·惠發(fā)動機上，如PW4084發(fā)動機樹脂傳遞模塑工藝(resin transfer moulding, RTM)制備的碳纖維/環(huán)氧樹脂風(fēng)扇葉片墊塊、PW4168發(fā)動機雙馬樹脂復(fù)合材料整流罩和碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料反推力裝置等短艙部件。圖1中列出了目前國外民用渦扇發(fā)動機樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用部位、材料體系及制備工藝。
展開 【科普系列】民用航空發(fā)動機樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用
樹脂基復(fù)合材料在國外民用航空發(fā)動機的應(yīng)用狀況
近些年美國通用電氣公司(USA, general electric company, GE或通用電氣)、美國普拉特·惠特尼公司(USA, pratt & whitney group, P&W或普·惠)、英國羅爾斯·羅伊斯公司(UK, rolls-royce group, R·R或羅·羅)等在樹脂基復(fù)合材料發(fā)動機部件應(yīng)用方面取得了較大進展。以普·惠公司為例，1970年首先在JT9D發(fā)動機上使用玻璃纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備了風(fēng)扇整流錐。為了進一步減重，1981年采用芳綸纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料制備了JT9D-TR4發(fā)動機整流錐。之后樹脂基復(fù)合材料被大量應(yīng)用于普·惠發(fā)動機上，如PW4084發(fā)動機樹脂傳遞模塑工藝(resin transfer moulding, RTM)制備的碳纖維/環(huán)氧樹脂風(fēng)扇葉片墊塊、PW4168發(fā)動機雙馬樹脂復(fù)合材料整流罩和碳纖維/環(huán)氧樹脂復(fù)合材料反推力裝置等短艙部件。圖1中列出了目前國外民用渦扇發(fā)動機樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用部位、材料體系及制備工藝。圖中1~12依次為渦扇發(fā)動機電控單元匣、進氣道消聲襯板、風(fēng)扇葉片、進氣整流錐、進氣整流罩、發(fā)動機檢視門、反推力裝置、壓氣機整流罩、外涵道、出口導(dǎo)流葉片、風(fēng)扇機匣、發(fā)動機短艙等部件。以下將對國外民用航空發(fā)動機典型樹脂基復(fù)合材料部件應(yīng)用發(fā)展狀況進行詳細分析。
1 風(fēng)扇葉片
20世紀七十年代，羅·羅公司最早嘗試將碳纖維樹脂基復(fù)合材料應(yīng)用于RB211發(fā)動機風(fēng)扇葉片。
展開 熱塑性樹脂基復(fù)合材料的制造工藝及其特性
用玻璃纖維增強熱塑性樹脂，提高了力學(xué)性能和熱變形溫度，降低了線脹系數(shù)，提高了耐疲勞和抗蠕變性能，同時改善了電性能。蘇州挪恩復(fù)合材料有限公司對比了尼龍66、聚苯乙烯、聚碳酸酯、苯乙烯-丙烯腈共聚物增強前后的性能，從實驗結(jié)果看各方面性能都有顯著提高。
（碳纖維復(fù)合材料汽車板簧）
目前已有多種熱塑性樹脂用來作復(fù)合材料的基體，研制成功的熱塑性復(fù)合材料有纖維增強尼龍、聚丙烯、聚乙烯、聚碳酸酯和聚氯乙烯等，一般應(yīng)用在要求輕質(zhì)、高強度、耐腐蝕的機械零件中，如航空機械、機車車輛、汽車、紡織機械、造船、建筑和電氣等領(lǐng)域。用碳纖維等高級增強材料代替玻璃纖維，可得到各種性能更好的復(fù)合材料，如結(jié)構(gòu)材料、耐沖擊材料、耐磨、阻尼減振材料等。
這種材料的優(yōu)點還和熱塑性塑料一樣具有重復(fù)使用性和二次加工性，其廢舊制品和加工中的邊腳料經(jīng)過適當處理可以循環(huán)利用，該材料的制品可以采用熔融焊接方法連接，采用高溫高壓成型和冷卻成型，工藝周期較短、能耗低、生產(chǎn)效率高，熱塑性復(fù)合材料原料來源充足，價格低廉，易加工，熱塑性復(fù)合材料半成品（粒、片料）幾乎沒有貯存期限制。
熱塑性樹脂基復(fù)合材料工藝特性與熱塑性樹脂基基本相似，添加纖維增強材料后，其工藝性能略有變化，這與樹脂自身結(jié)構(gòu)有密切的聯(lián)系。熱塑性樹脂基在成型加工過程中在剪切速率、溫度、壓力下變?yōu)檎沉鲬B(tài)，其流變性是決定樹脂體系加工性能的主要標志。
纖維含量、纖維長度、纖維取向?qū)Τ尚凸に囈矔斐捎绊憽ＬK州挪恩復(fù)合材料有限公司實驗人員分析了實驗測試數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著纖維含量的增加，樹脂的粘度增加，流動性降低。在熱塑性復(fù)合材料中，玻璃纖維含量一般在20%-40%（質(zhì)量分數(shù)），既有顯著增強效果，又能保證制品成型。過多的纖維含量會使纖維磨損嚴重，增強性能降低，物料成型性惡化，且對設(shè)備磨損加劇。
展開 基于粘彈性本構(gòu)模型的熱固性樹脂基復(fù)合材料固化變形數(shù)值仿真模型
背景介紹
熱固性樹脂基復(fù)合材料在制件成型過程中會產(chǎn)生殘余應(yīng)力，引起固化變形，從而增加裝配和制造的難度，因此，合理預(yù)測預(yù)制件固化過程中的殘余應(yīng)力的發(fā)展具有重要意義。
早期的研究主要集中于彈性理論來研究復(fù)材的固化成型，現(xiàn)今，越來越多的文獻考慮了樹脂的固化放熱以及材料的各向異性等因素的影響，發(fā)展了基于粘彈性模型的數(shù)值仿真計算方法，證明了粘彈性的結(jié)果固化變形量小于線彈性的結(jié)果，且樹脂含量越高的復(fù)材，其粘彈性效果越明顯。
RTM成型工藝示意圖
二。粘彈性模型在Abaqus中的實現(xiàn)
本文作者在參考文獻【1】的基礎(chǔ)上，使用廣義Maxwell粘彈性本構(gòu)模型，聯(lián)合編寫了HETVAL、USDFLD、DISP、UMAT及UEXPAN子程序，在abaqus軟件平臺中實現(xiàn)了復(fù)材固化成型的仿真模擬，其基本編程思路如下圖所示：
其中，最關(guān)鍵的粘彈性本構(gòu)公式為：
參考上述公式和子程序的編寫流程，可以完成上述模型。最后得到仿真Mises應(yīng)力云圖和S33云圖如下：
得到的S33關(guān)于時間的曲線趨勢如下所示：
該曲線結(jié)果和文獻有出入，但是榮的文獻中關(guān)于底數(shù)的取值有錯誤，亦即下列公式的底數(shù)應(yīng)以e為底數(shù)，而不是10
【1】
基于黏彈性本構(gòu)模型的熱固性樹脂基復(fù)合材料固化變形數(shù)值仿真模型.pdf
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中科院開發(fā)出新的生物基環(huán)氧樹脂
本報訊 近日，中科院寧波材料研究所生物基高分子材料研究團隊以衣康酸起始原料，合成了一種生物基環(huán)氧樹脂。該樹脂室溫黏度低、環(huán)氧值高于0.62，合成過程簡單，經(jīng)固化后各項性能指標達到或優(yōu)于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)相似的石油基環(huán)氧樹脂，且價格低廉，具有很好的應(yīng)用前景。
據(jù)了解，衣康酸又名亞甲基丁二酸，是一種重要的生物基原料，可由生物發(fā)酵技術(shù)制備得到。由于具有廣闊的應(yīng)用前景，且價格較低，該樹脂已被美國能源部評選為最具市場潛力的12種生物基平臺化合物之一。
生物基高分子材料以是當前高分子材料的一個重要發(fā)展方向，具有重要的實際價值和廣闊的發(fā)展空間。目前，有關(guān)生物基塑料的研究主要局限于淀粉塑料、纖維素基材料、聚乳酸（PLA）、聚3-羥基丁酸酯/3-羥基戊酸酯共聚物（PHBV）等天然高分子或熱塑性材料，熱固性生物基樹脂的研究相對較少。（仲科）樹脂價格表 https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=szjgb
展開 2017全球碳纖維復(fù)合材料市場報告（三）
全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-年份
樹脂基碳纖維復(fù)合材料的需求量，根據(jù)纖維在復(fù)材中65%的比例計算的，建立一個規(guī)模概念。
6.2. 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用（千噸）
總量：129.5千噸
6.3. 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-應(yīng)用(10億美元）
總金額：126.5億美元
2017年，樹脂基復(fù)合材料的主要收入，依然是航空航天，其中，波音、空客與美國的軍用航空航天占據(jù)絕大部分市場。這是個典型的高投入、高技術(shù)、高門檻、長周期、高收益的細分市場。一方面，我們期盼中國的航空、航天、兵工、核工、海工能為中國的先進復(fù)合材料形成一個較大的市場，另一方面，我也應(yīng)清醒地認識到，這些是科技強國長期的積累與協(xié)作的成就，非一時之功，在投資決策上不要受之太多的誘惑。
風(fēng)電行業(yè)，盡管碳纖維的用量已經(jīng)超過航空航天市場，但是，復(fù)材的收入?yún)s比航空航天低很多，甚至低于體育產(chǎn)業(yè)的收入。這是完全可以理解的，纖維采用低成本大絲束，成型采用最經(jīng)濟的拉擠工藝與單向織物層灌注工藝。拉擠工藝中，拉擠板材每公斤的成本幾乎與每公斤的碳纖維成本相當，軸向把纖維的力學(xué)性能發(fā)揮到極致，這是其他工業(yè)應(yīng)用需認真借鑒的。
對比風(fēng)電，汽車復(fù)材不僅有低成本要求，還需要高節(jié)拍、自動化的制造工藝，經(jīng)濟的維護要求等，其應(yīng)用難度可想而知。
6.4. 全球樹脂基碳纖維復(fù)合材料需求-區(qū)域(10億美元）
總金額：126.5億美元
從上面的應(yīng)用市場分析，我們就可以發(fā)現(xiàn)，美國因為有波音及軍用航空航天，成為最大的復(fù)材市場，而歐洲有空客、汽車、風(fēng)電產(chǎn)業(yè)，盡管收入金額上小于美國，但碳纖維用量已經(jīng)大于美國。
日本盡管在碳纖維領(lǐng)域執(zhí)世界之牛耳，然而在復(fù)合材料及應(yīng)用方面，日本于歐美的劣勢還是比較明顯的。如果沒有三菱重工、川崎重工等企業(yè)承接波音公司的復(fù)合材料大部件的生產(chǎn)，他的復(fù)材本土市場會更小。
展開 航空發(fā)動機上典型復(fù)合材料的應(yīng)用
航空發(fā)動機使用最廣泛的先進復(fù)合材料有：樹脂基復(fù)合材料、陶瓷基復(fù)合材料和金屬基復(fù)合材料，它們替代了傳統(tǒng)材料，擁有顯著的減重效果。
C/C基復(fù)合材料是近年來最受重視的一種更耐高溫的新材料。到目前為止，只有C/C復(fù)合材料是被認為唯一可做為推重比20以上，發(fā)動機進口溫度可達1930-2227℃渦輪轉(zhuǎn)子葉片的后繼材料，是美國21世紀重點發(fā)展的耐高溫材料，世界先進工業(yè)國家竭力追求的最高目標。
C/C基復(fù)合材料，即碳纖維增強碳基本復(fù)合材料，它把碳的難熔性與碳纖維的高強度及高剛性結(jié)合于一體，使其呈現(xiàn)出非脆性破壞。由于它具有重量輕、高強度，優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和極好的熱傳導(dǎo)性，是當今最理想的耐高溫材料，特別是在 1000-1300℃的高溫環(huán)境下，它的強度不僅沒有下降，反而有所提高。在1650℃以下時依然還保持著室溫環(huán)境下的強度和風(fēng)度。因此C/C基復(fù)合材料在宇航制造業(yè)中具有很大的發(fā)展前途。
例如美國的F119發(fā)動機上的加力燃燒室的尾噴管，F(xiàn)100發(fā)動機的噴嘴及燃燒室噴管，F(xiàn)120驗證機燃燒室的部分零件已采用C/C基復(fù)合材料制造。法國的M88-2發(fā)動機，幻影2000型發(fā)動機的加力燃燒室噴油桿、隔熱屏、噴管等也都采用了C/C基復(fù)合材料。
樹脂基復(fù)合材料
樹脂基復(fù)合材料具有高比強度和比模量、抗疲勞、耐腐蝕、可設(shè)計性強、便于大面積整體成型以及具有特殊電磁性能等特點。國外的樹脂基復(fù)合材料減重效率在25%以上。
展開 中科院寧波材料所劉小青課題組JPS綜述：生物基熱固性樹脂研究進展
近日，劉小青團隊在Journal of Polymer Science上發(fā)表綜述“Recent development on bio-based thermosetting resins”，系統(tǒng)地總結(jié)了近幾年來兩種代表性的生物基熱固性樹脂（環(huán)氧樹脂和苯并噁嗪樹脂）從性能化到功能化的研究進展。
這篇綜述首先介紹了環(huán)氧樹脂的常用合成方法，環(huán)氧固化劑的特征以及可能的生物基前驅(qū)體，并以此通過生物基原材料設(shè)計環(huán)氧樹脂體系。隨后，對高性能的生物基環(huán)氧樹脂的合成策略進行總結(jié)，重點列舉了將生物基原料進行偶聯(lián)、縮合、及官能團轉(zhuǎn)化以達到超越石油基對應(yīng)物性能的成功實例。隨著近幾年生物基環(huán)氧樹脂的發(fā)展，借助生物基化合物的本征性質(zhì)，一些樹脂還被應(yīng)用于防腐、抗菌等領(lǐng)域，并簡單概括了其設(shè)計思路與實際應(yīng)用的聯(lián)系。
圖1：部分生物基環(huán)氧樹脂的合成策略
苯并噁嗪樹脂是一種由Mannich縮合反應(yīng)得到的新型酚醛樹脂。由于該反應(yīng)需要酚類、胺類和醛類來引發(fā)，因此，自然界中含有這些基團的化學(xué)品都是潛在的原料。為了得到高性能的生物基苯并噁嗪樹脂，修飾單體結(jié)構(gòu)及改善聚合物內(nèi)在的氫鍵體系至關(guān)重要。目前，部分研究已經(jīng)很好地解決苯并噁嗪樹脂脆性、高固化溫度和低加工性的缺點。引入含氫鍵供受體的結(jié)構(gòu)或填料也成功地用于調(diào)整聚合物的氫鍵作用。此外，功能化的苯并噁嗪材料也成功地應(yīng)用于油水分離及儲能器件。
圖2：部分生物基苯并噁嗪樹脂的合成及單體結(jié)構(gòu)
最后，作者討論了下一代生物基熱固性樹脂的要求。由于現(xiàn)有的一些生物基材料的合成和使用仍然存在著諸多缺點，比如石化品使用、耐久性低、毒性和不可回收性等。
展開 航空發(fā)動機的新材料
C/C基復(fù)合材料，即碳纖維增強碳基本復(fù)合材料，它把碳的難熔性與碳纖維的高強度及高剛性結(jié)合于一體，使其呈現(xiàn)出非脆性破壞。由于它具有重量輕、高強度，優(yōu)越的熱穩(wěn)定性和極好的熱傳導(dǎo)性，是當今最理想的耐高溫材料，特別是在 1000-1300℃的高溫環(huán)境下，它的強度不僅沒有下降，反而有所提高。在1650℃以下時依然還保持著室溫環(huán)境下的強度和風(fēng)度。因此C/C基復(fù)合材料在宇航制造業(yè)中具有很大的發(fā)展前途。
C/C基復(fù)合材料在航空發(fā)動機上應(yīng)用的主要問題是抗氧化性能較差，近幾年美國通過采取一系列的工藝措施，使這一問題不斷得到解決，逐步應(yīng)用在新型發(fā)動機上。例如美國的F119發(fā)動機上的加力燃燒室的尾噴管，F(xiàn)100發(fā)動機的噴嘴及燃燒室噴管，F(xiàn)120驗證機燃燒室的部分零件已采用C/C基復(fù)合材料制造。法國的M88-2發(fā)動機，幻影2000型發(fā)動機的加力燃燒室噴油桿、隔熱屏、噴管等也都采用了C/C基復(fù)合材料。
樹脂基復(fù)合材料
樹脂基復(fù)合材料在航空渦扇發(fā)動機上的應(yīng)用研究始于20世紀50年代，經(jīng)過60余年的發(fā)展，GE、PW、RR以及MTU、SNECMA等公司投入了大量精力進行樹脂基復(fù)合材料研發(fā)，取得了很大進展，已經(jīng)將其工程化應(yīng)用到現(xiàn)役航空渦扇發(fā)動機，并且還有進一步擴大應(yīng)用量的趨勢。
樹脂基復(fù)合材料的服役溫度一般不超過350℃。因此，樹脂基復(fù)合材料主要應(yīng)用于航空發(fā)動機的冷端。樹脂基復(fù)合材料在國外先進航空發(fā)動機上的主要應(yīng)用部位如圖所示。
展開 復(fù)合材料？
從1987年起，各地大量引進國外先進技術(shù)如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產(chǎn)線及各種牌號的聚酯樹脂（美、德、荷、英、意、日）和環(huán)氧樹脂（日、德）生產(chǎn)技術(shù)；在成型工藝方面，引進了纏繞管、罐生產(chǎn)線、拉擠工藝生產(chǎn)線、SMC生產(chǎn)線、連續(xù)制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術(shù)、樹脂注射成型技術(shù)及漁竿生產(chǎn)線等，形成了從研究、設(shè)計、生產(chǎn)及原材料配套的完整的工業(yè)體系，截止2000年底，我國熱固性樹脂基復(fù)合材料生產(chǎn)企業(yè)達3000多家，已有51家通過ISO9000質(zhì)量體系認證，產(chǎn)品品種3000多種，總產(chǎn)量達73萬噸/年，居世界第二位。產(chǎn)品主要用于建筑、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業(yè)領(lǐng)域。在建筑方面，有內(nèi)外墻板、透明瓦、冷卻塔、空調(diào)罩、風(fēng)機、玻璃鋼水箱、衛(wèi)生潔具、凈化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及貯罐；在交通運輸方面，汽車上主要有車身、引擎蓋、保險杠等配件，火車上有車廂板、門窗、座椅等，船艇方面主要有氣墊船、救生艇、偵察艇、漁船等；在機械及電器領(lǐng)域如屋頂風(fēng)機、軸流風(fēng)機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產(chǎn)品都具有相當?shù)囊?guī)模；在航空航天及軍事領(lǐng)域，輕型飛機、尾翼、衛(wèi)星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復(fù)合材料
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀80年代發(fā)展起來的，主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復(fù)合材料(GMT)。根據(jù)使用要求不同，樹脂基體主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等熱塑性工程塑料，纖維種類包括玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維和硼纖維等一切可能的纖維品種。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
展開 索爾維車用熱塑性復(fù)合材料大批量生產(chǎn)計劃
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀80年代發(fā)展起來的，主要有長纖維增強粒料、連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶和玻璃纖維氈增強型熱塑性復(fù)合材料。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
?熱塑性樹脂復(fù)合材料以注射件居多，應(yīng)用產(chǎn)品有管件、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、模壓制品、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。
?我國對于熱塑性樹脂復(fù)合材料的研究開始于20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發(fā)展，產(chǎn)量約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復(fù)合材料方面未能有更多重大突破，與發(fā)達國家尚有差距。
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索爾維車用熱塑性復(fù)合材料大批量生產(chǎn)計劃
熱塑性樹脂基復(fù)合材料是20世紀80年代發(fā)展起來的，主要有長纖維增強粒料、連續(xù)纖維增強預(yù)浸帶和玻璃纖維氈增強型熱塑性復(fù)合材料。隨著熱塑性樹脂基復(fù)合材料技術(shù)的不斷成熟以及可回收利用的優(yōu)勢，該品種的復(fù)合材料發(fā)展較快，歐美發(fā)達國家熱塑性樹脂基復(fù)合材料已經(jīng)占到樹脂基復(fù)合材料總量的30%以上。
?熱塑性樹脂復(fù)合材料以注射件居多，應(yīng)用產(chǎn)品有管件、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、模壓制品、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應(yīng)用包括通風(fēng)和供暖系統(tǒng)、空氣過濾器外殼、變速箱蓋、座椅架、擋泥板墊片、傳動皮帶保護罩等。
?我國對于熱塑性樹脂復(fù)合材料的研究開始于20世紀80年代末期，近十年來取得了快速發(fā)展，產(chǎn)量約占樹脂基復(fù)合材料總產(chǎn)量的17%，所用的基體材料仍以PP、PA為主，增強材料以玻璃纖維為主，少量為碳纖維，在熱塑性復(fù)合材料方面未能有更多重大突破，與發(fā)達國家尚有差距。
展開 中科院寧波材料所劉小青團隊《ACS Nano》：在樹脂基碳材料制備上取得新進展
生物基高分子材料具有節(jié)約石化資源和保護環(huán)境的雙重功效，是當前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界同時追逐的熱點之一。但是目前的研究和開發(fā)工作主要集中于熱塑性材料，對于生物基熱固性樹脂的研究則相對較少。和石油基熱固性樹脂一樣，生物基熱固性樹脂在固化交聯(lián)之后，同樣面臨著難降解、難回收的問題，如何實現(xiàn)其全壽命周期綠色化以及可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。
中科院寧波材料所劉小青研究員基于自己多年的生物基熱固性樹脂研究經(jīng)驗（Progress in Polymer Science, 2021,113,101353），提出開發(fā)生物基材料的本質(zhì)是為了實現(xiàn)對生物碳的高效利用。為了實現(xiàn)生物基熱固性樹脂在使用之后的再次高附加值利用，他們嘗試著利用激光燒蝕的方法，將高性能生物基熱固性樹脂轉(zhuǎn)化為功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85-94；Carbon, 2021, 183, 600-611），擬完成從“生物碳”到“生物基樹脂”再到“功能化碳”的閉環(huán)轉(zhuǎn)化。
近日，受自然界中具有極高太陽光利用效率的針葉森林結(jié)構(gòu)啟發(fā)，該團隊通過碳材料多級結(jié)構(gòu)調(diào)控，構(gòu)建了一種由多孔石墨烯“樹”密排列成的三維石墨烯薄膜（Forest-like LIG）。這種獨特的多級結(jié)構(gòu)使得入射光在“樹”之間以及“樹枝”之間進行多次反射，顯著減小了石墨烯的光反射。結(jié)合石墨烯本身的光熱特性，F(xiàn)orest-like LIG在太陽光全波長范圍內(nèi)表現(xiàn)出優(yōu)異的吸光率（平均吸光度達到99%）和光熱轉(zhuǎn)換性能（在一個太陽光強度的氙燈照射下平衡溫度達到90.7 ± 0.4 °C）。
圖1.
展開 中科大Science子刊：輕質(zhì)高強、防腐防火人工木材！
例如，目前開發(fā)的陶瓷基仿木頭結(jié)構(gòu)材料，密度高、強度低、缺陷多，且制備過程需要高溫?zé)Y(jié)（通常>1500℃）。因此，如何制備真正具有輕質(zhì)高強特點的仿木材結(jié)構(gòu)材料是仿生材料研究領(lǐng)域面臨的挑戰(zhàn)。
近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授俞書宏帶領(lǐng)的科研團隊，發(fā)展了一種冰晶誘導(dǎo)自組裝和熱固化相結(jié)合的新技術(shù)，以傳統(tǒng)的酚醛樹脂和密胺樹脂為基體材料，研制出一系列具有類似天然木材取向孔道結(jié)構(gòu)的新型仿生人工木材。該系列仿生人工木材具有輕質(zhì)高強、耐腐蝕和隔熱防火等優(yōu)點。
8月10日，相關(guān)研究成果以Bioinspired polymeric woods為題，發(fā)表在《科學(xué)進展》上，Science雜志科學(xué)新聞以This synthetic wood is as strong as the real thing—and won’t catch fire為題，對該成果進行報道。論文的共同第一作者為博士后于志龍和碩士生楊寧。
論文鏈接
http://advances.sciencemag.org/content/4/8/eaat7223
研究人員研制的一系列樹脂基仿生人工木材，具有類似天然木材的取向孔道結(jié)構(gòu)，并且壁厚和孔尺寸具有很好的可調(diào)控性（圖1）。這種方法可以復(fù)合多種納米材料以制備多功能復(fù)合人工木材，而且簡單高效，容易放大生產(chǎn)。這種取向孔道結(jié)構(gòu)的人工木材具有突出的機械性能，壓縮屈服強度優(yōu)于已開發(fā)的多種仿木結(jié)構(gòu)的陶瓷材料，且與天然木材性能相當（圖2）。
圖1.人工木頭的制備過程示意圖。（A）樹脂聚合物的混合溶液；（B）取向冷凍和干燥后具有取向孔道結(jié)構(gòu)的聚合物干膠；（C）固化后的樹脂基仿生木材；（D）酚醛樹脂基（上）和密胺樹脂基（下）仿生木材實物照片
圖2.仿生人工木材的照片、結(jié)構(gòu)和力學(xué)性能。
展開 波音公司如何通過光固化3D打印技術(shù)來制造復(fù)合材料產(chǎn)品
不過根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，波音公司開發(fā)的連續(xù)樹脂基復(fù)合材料3D打印技術(shù)不僅僅適用于航空航天應(yīng)用，還可以應(yīng)用于其他行業(yè)，可以在車輛、海上交通工具、航天器等應(yīng)用。
市場上的連續(xù)纖維增強樹脂基復(fù)合材料的3D打印方法存在以下主要問題：
- 各類纖維在出廠時，其表面活性基團均只適應(yīng)于與熱固性樹脂的浸潤過程。在使用簡單的措施將未處理的纖維與熔融熱塑性樹脂共混時，難以使纖維與樹脂充分浸潤，這導(dǎo)致構(gòu)件的纖維-樹脂界面較差。
- 大絲束纖維呈展平帶狀，現(xiàn)有3D打印方法難以使用大絲束纖維，且小絲束纖維在成型過程中成型速度慢，成型后的表面質(zhì)量、纖維樹脂體積分數(shù)、纖維樹脂分布情況、層間結(jié)合力等性能指標難以控制。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/46049.html
- 現(xiàn)有的方法在打印過程中，由于纖維的局部分叉、斷裂，容易造成纖維在腔體中堆積、堵塞，對成型過程造成影響，同時，成型軌跡中纖維呈松散、無規(guī)律的分布狀態(tài)，使得構(gòu)件的承載性能受到影響。
根據(jù)3D科學(xué)谷的市場研究，在國內(nèi)，南京航空航天大學(xué)針對現(xiàn)有的熱塑性樹脂基復(fù)合材料3D打印成形時所使用的連接纖維尺寸較小，且不能對連接纖維實現(xiàn)有效浸漬而造成成型速度低、構(gòu)件尺寸受限較大、成型件綜合性能低的問題，發(fā)明了連續(xù)纖維增強熱塑性樹脂基復(fù)合材料的3D打印方法。適用于尺寸較大的纖維絲束，該打印技術(shù)成型速度快，表面質(zhì)量提高，同時纖維與熱塑性基體間的界面結(jié)合性能好，構(gòu)件纖維含量高，纖維密實度高，并且提高了打印構(gòu)件的力學(xué)。
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