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全球復合材料發展概況

復合材料是指由兩種或兩種以上不同物質以不同方式組合而成的材料,它可以發揮各種材料的優點,克服單一材料的缺陷,擴大材料的應用范圍。由于復合材料具有重量輕、強度高、加工成型方便、彈性優良、耐化學腐蝕和耐候性好等特點,已逐步取代木材及金屬合金,廣泛應用于航空、汽車、電子電氣、建筑、健身器材等領域,在近幾年更是得到了飛速發展。

 

隨著科技的發展,樹脂與玻璃纖維在技術上不斷進步,生產廠家的制造能力普遍提高,使得玻纖增強復合材料的價格成本已被許多行業接受,但玻纖增強復合材料的強度尚不足以和金屬匹敵。因此,碳纖維、硼纖維等增強復合材料相繼問世,使高分子復合材料家族更加完備,已經成為眾多產業的必備材料。目前全世界復合材料的年產量已達550多萬噸,年產值達1300億美元以上,若將歐、美的軍事航空的高價值產品計入,其產值將更為驚人。從全球范圍看,世界復合材料的生產主要集中在歐美和東亞地區。近幾年歐美復合材料產需均持續增長,而亞洲的日本則因經濟不景氣,發展較為緩慢,但中國尤其是中國內地的市場發展迅速。據世界主要復合材料生產商PPG公司統計,2000年歐洲的復合材料全球占有率約為32%,年產量約200萬噸。與此同時,美國復合材料在20世紀90年代年均增長率約為美國GDP增長率的2倍,達到4%~6%。2000年,美國復合材料的年產量達170萬噸左右。特別是汽車用復合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起。亞洲近幾年復合材料的發展情況與政治經濟的整體變化密切相關,各國的占有率變化很大??傮w而言,亞洲的復合材料仍將繼續增長,2000年的總產量約為145萬噸,預計2005年總產量將達180萬噸。

 

從應用上看,復合材料在美國和歐洲主要用于航空、汽車等行業。2000年美國汽車零件的復合材料用量達14.8萬噸,歐洲汽車復合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸。而在日本,復合材料主要用于住宅建設,如衛浴設備等,此類產品在2000年的用量達7.5萬噸,汽車等領域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看,汽車工業是復合材料最大的用戶,今后發展潛力仍十分巨大,目前還有許多新技術正在開發中。例如,為降低發動機噪聲,增加轎車的舒適性,正著力開發兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板;為滿足發動機向高速、增壓、高負荷方向發展的要求,發動機活塞、連桿、軸瓦已開始應用金屬基復合材料。為滿足汽車輕量化要求,必將會有越來越多的新型復合材料將被應用到汽車制造業中。與此同時,隨著近年來人們對環保問題的日益重視,高分子復合材料取代木材方面的應用也得到了進一步推廣。例如,用植物纖維與廢塑料加工而成的復合材料,在北美已被大量用作托盤和包裝箱,用以替代木制產品;而可降解復合材料也成為國內外開發研究的重點。

 

另外,納米技術逐漸引起人們的關注,納米復合材料的研究開發也成為新的熱點。以納米改性塑料,可使塑料的聚集態及結晶形態發生改變,從而使之具有新的性能,在克服傳統材料剛性與韌性難以相容的矛盾的同時,大大提高了材料的綜合性能。

 

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