前晚,有微博爆料稱,東方航空一架悉尼飛往上海的MU736航班起飛后不久,飛機的左側(cè)發(fā)動機機匣損傷。東航官方微博證實此事,表示機組發(fā)現(xiàn)左發(fā)動機進氣道機匣損傷,果斷處置,航班及時返航,人機安全,東航已妥善做好旅客的后續(xù)服務(wù)保障。
乘客講述 很開心能再回到地面
從網(wǎng)友上傳的圖片可以清晰地看到,飛機發(fā)動機外側(cè)邊緣出現(xiàn)了一個很大的洞,豁開一個大大的口子。6月11日北京時間18時41分該航班從悉尼起飛,有消息稱是航班上的安全員最先發(fā)現(xiàn)問題,并及時報告了機組。飛機轉(zhuǎn)了一圈后在北京時間19時24分安全落地,落地后發(fā)現(xiàn)飛機發(fā)動機機匣破了大洞。
值得一提的是,東航機組在緊急沉著處理狀況的同時,還通過無線電提醒機場跑道上可能遺留有發(fā)動機拋出的碎片,這對其他起降航班可能會造成威脅,這一專業(yè)且負責(zé)之舉,被網(wǎng)友紛紛點贊。
據(jù)媒體報道,有乘客回憶,當(dāng)時能聽到很大聲響,“我們起飛了,聽到突突突的聲響,聲音非常大,沒有人受傷,但是我有些緊張,好像聞起來像燒著了。”“飛機剛起飛,有很大噪音,噪音持續(xù)了大約2到3分鐘,接下來的一小時,我們圍著悉尼轉(zhuǎn)。非常緊張,也很幸運,我想我們都很開心能再回到地面。機組人員很棒,非常冷靜、鎮(zhèn)定。”
業(yè)內(nèi)分析 有可能是復(fù)合材料引發(fā)
“飛常準”顯示,執(zhí)飛MU736航班的是B-5942號空客A330-200型飛機,機齡三四年。飛機配備Trnet 772型發(fā)動機,該型號發(fā)動機在全球已發(fā)生數(shù)起類似故障。距離最近一次是今年5月15日,埃及航空執(zhí)行MS955航班任務(wù)的飛機在滑跑過程中出現(xiàn)嚴重破損。當(dāng)天,一架埃及航空尾號為SU-GCI的A330-200周一在由開羅機場起飛執(zhí)行前往北京的MS955航班加速滑跑時,其一號羅羅Trent 700引擎出現(xiàn)非包容性失效,碎片噴射出引擎,擊穿引擎蒙皮。
愛飛行航空俱樂部董事長、資深機長陳建國分析稱,綜合各個方面的信息來看,發(fā)生故障的位置在發(fā)動機進氣道,而不是在風(fēng)扇轉(zhuǎn)子的周圍,因此可以基本排除風(fēng)扇葉片損壞的可能。從這個角度來看,很有可能是因為進氣道使用了復(fù)合材料,而這些復(fù)合材料可能發(fā)生了問題進而導(dǎo)致發(fā)動機進氣道塌陷或破損,破損的材料被強大的氣流吸入發(fā)動機,打傷渦輪葉片引發(fā)發(fā)動機故障。
延伸閱讀
復(fù)合材料,是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料,通過物理或化學(xué)的方法,在宏觀(微觀)上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短,產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng),使復(fù)合材料的綜合性能優(yōu)于原組成材料而滿足各種不同的要求。復(fù)合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬絲和硬質(zhì)細粒等。
復(fù)合材料的性能特點有哪些?
(1)優(yōu)異的力學(xué)性能
對于航空應(yīng)用的高端結(jié)構(gòu)材料,輕質(zhì)、高強是不斷追求的目標,而碳纖維復(fù)合材料正是在這一點上體現(xiàn)出了獨特的優(yōu)勢,具體表現(xiàn)在超高的比強度和比模量上,比強度和化模量是真實反映材科力學(xué)性能的兩個參數(shù),也即是單位質(zhì)量所能提供的強度的模量,顯然比強度和比模量高的材料,相對予其他材料,質(zhì)量糧但承載能力高,這對減輕結(jié)構(gòu)質(zhì)量,發(fā)揮材料效率是非常有利的。
碳纖維復(fù)合材料的比強度可達鋼的14倍,是鋁的10倍,而比模量則超過鋼和鋁的3倍。碳纖維復(fù)合材料這一特性使得材料的利用效率大為提高,實踐證明,用碳纖維復(fù)合材料代替鋁制造飛機結(jié)構(gòu),減重效率可達20%~40% ;由此可以看出復(fù)合材料在航空航天領(lǐng)域內(nèi)的重要地位。不僅如此,其他如汽車、海運、交通,風(fēng)電等與運行速度有關(guān)的部門都會因采用復(fù)合材料而大為受益。
(2)各向異性和性能可設(shè)計性
如前所述,目前用得最多的是層壓復(fù)合材料,由單向預(yù)浸帶逐層疊合并固化而成,宏觀上表現(xiàn)出非均勻和各向異性。單向帶沿纖維方向的性能與垂直纖維方向的性能差別很大,因此按不同的方向,鋪設(shè)不同比例的單向帶,可以設(shè)計出不同性能的層壓板來滿足不同的結(jié)構(gòu)要求,這種性能可設(shè)計性也叫性能“剪裁”通過這種“剪裁可以使復(fù)合材料的效率充分發(fā)揮,真正做到”物盡其用“,例如在主承力方向,可以適當(dāng)增加纖維含量比例而達到提高承載能力的效果,而不需要額外增加結(jié)構(gòu)的重量。
層壓復(fù)合材料各向異性的另一表現(xiàn)為層間性能低,在外力作用下,層與層的結(jié)合界面可能首先破壞;另外, 層壓復(fù)合材料對外來沖擊敏感,沖擊會引起局部分層,成為斷裂源,因此在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用中,分層和沖擊損傷必須有所考慮。
(3)制造成型的多選擇
復(fù)合材料的材料成型和結(jié)構(gòu)成型是同時完成的,這使得大型的和復(fù)雜的部件整體化成型成為可能,經(jīng)過數(shù)干年的發(fā)展,到現(xiàn)在有數(shù)十種不同的成型工藝供選擇,如熱壓罐、模壓、纖維纏繞、樹脂傳遞模塑(RTM)、拉擠、注射、噴塑,以及高度自動化的預(yù)浸帶自動鋪疊和纖維絲束的自動鋪放等,實際應(yīng)用時可根據(jù)構(gòu)件的性能、材料的種類、產(chǎn)量的規(guī)模和成本的考慮等選擇最適合的成型方案。
(4)良好的耐疲勞性能
層壓的復(fù)合材料對疲勞裂紋擴張有”止擴“作用,這是因為當(dāng)裂紋由表面向內(nèi)層擴展時,到達某一纖維取向不同的層面時,會使得裂紋擴展的斷裂能在該層面內(nèi)發(fā)散,這種特性使得FRP的疲勞強度大為提高。研究表明,鋼和鋁的疲勞強度是靜力強度的50%,而復(fù)合材料可達90%。
(5)良好的抗腐蝕性
由于復(fù)合材料的表面是一層高住能的環(huán)氧樹脂或其他樹脂塑料,因而具有良好的耐酸、耐堿及耐其他化學(xué)腐蝕性介質(zhì)的性能。這種優(yōu)點使復(fù)合材料在未來的電動汽車或其他有抗腐蝕要求的應(yīng)用領(lǐng)域具有強大的竟爭力。
(6)環(huán)境影響
除了極高的溫度,一般不考慮濕熱對金屬強度的影響。 但復(fù)合材料結(jié)構(gòu)則必須考慮濕熱環(huán)境的聯(lián)合作用。這是因為復(fù)合材料的樹脂基體是一種高分子材料,會吸進水分,高溫可加速水分吸收,濕熱的聯(lián)合作用會降低其玻璃化轉(zhuǎn)變溫度,對結(jié)合界面形成影響,從而引起由基體控制的力學(xué)牲能(如壓縮、剪切等)的明顯下降。
綜上所述,優(yōu)異的比強度和比剛度以及性能可設(shè)計性是復(fù)合材料兩個最突出的優(yōu)點,它們?yōu)閺?fù)合材料的應(yīng)用提供了極為產(chǎn)闊的空間,也使得各種新型材料,如結(jié)構(gòu)-功能一體化、多功能化、高功能化、智能化材料的開發(fā)成為可能。
自20世紀30年代連續(xù)玻璃纖維生產(chǎn)技術(shù)得到開發(fā),并成功用于增強酚醛樹脂開始,復(fù)合材料已有80多年的發(fā)展歷史,而用于航空航天的碳纖維增強的樹脂基復(fù)合材料,也就是先進復(fù)合材料,自20世紀60年代問世以來,也跨越了半個多世紀的發(fā)展歷程。先進復(fù)合材料的發(fā)展以滿足航空航天需求為主,隨著它的優(yōu)點被越來越多地認識和接受,以及使用經(jīng)驗的不斷積累,兒十年來,特別是進人21世紀以來,應(yīng)用范圍不斷擴大,除航空航天領(lǐng)域外,在船艦、交通、能源、建筑、機械以及休閑等領(lǐng)域也得到了越來越多的應(yīng)用。
1.航空航天
先進復(fù)合材料的發(fā)展初衷就是為了滿足高性能航空器的發(fā)展需求,于20世紀60年代中期問世,即首先用于軍用飛行器結(jié)構(gòu)上,50多年來先進復(fù)合材料在飛機結(jié)構(gòu)上的應(yīng)用走過了一條由小到大、由次到主、由局部到整體、由結(jié)構(gòu)到功能、由軍機應(yīng)用擴展到民機應(yīng)用的發(fā)展道路。
縱觀國外軍機結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料的發(fā)展歷程,大致可分為三個階段。
第一階段大約于20世紀70年代初完成,主要用于受力較小或非承力件,如艙門、口益、整流罩以及襟副翼、方向舵等。
第二階段由20世紀70年代末到80年代。主要用于垂尾、平尾等尾翼一級的次承力部件,以F-14 硼/環(huán)氧復(fù)合材料平尾為代表,此后F-15、F-16、F-18、幻影2000和幻影4000等均采用了復(fù)合材料尾翼,此時復(fù)合材料的用量大約只占全機結(jié)構(gòu)重量的5~10%。
第三階段自20世紀90年代開始,開始應(yīng)用于機翼、機身等主要的承力結(jié)構(gòu),受力很大,規(guī)模也很大。例如美國原麥道公司研制成功的FA-18復(fù)合材料機翼,開創(chuàng)了主承結(jié)構(gòu)件的里程碑,此時復(fù)合材料的用量已提高到了13%,此后世界各國所研制的軍機機翼一級的部件幾乎無一例外地都來用了復(fù)合材料,用量不斷增加,如美國的AV-8B、B-2、F/A-22、F/A-18E/F、F-35,法國的”陣風(fēng)“(Rafale),瑞典的JAS-39,歐洲英、德、意、西四國聯(lián)合研制的”臺風(fēng)“(EF-2000),俄羅斯的C-37 等。
復(fù)合材料在民機上的應(yīng)用也發(fā)展很快,可以說三十年來實現(xiàn)了跨越式的發(fā)展,世界兩家航空巨頭形成了明爭暗斗的局面,以波音飛機為例,從20世紀70年代中期開始采用復(fù)合材料制造受力很小的前緣、口蓋、整流罩、擾流板等構(gòu)件;到80年代中期用復(fù)合材料制造升降陀、方向陀、襟副翼等受力較小的部件;到90年代開始了在垂尾、平尾受力較大部件上的應(yīng)用,如B-777設(shè)計應(yīng)用了復(fù)合材料垂尾、平尾,共用復(fù)合材料9.9t,占結(jié)構(gòu)總重的11%,進入21世紀,波音為了重振雄風(fēng),寄希望于復(fù)合材科。前幾年正式推出了B-787”夢想“飛機,其復(fù)合材料用量達50%。
空客也不甘示弱,于20世紀70年代中期開始了先進復(fù)合材科在其A-300系列飛機上的應(yīng)用研究,經(jīng)過7年時間于1985年完成了A-320 全復(fù)合材料垂尾的研制,此后A-300系列飛機的尾翼一級的部件均采用復(fù)合材料,將復(fù)合材料的用量迅速推進到了15%左右?,F(xiàn)已交付使用的A-380超大型客機,復(fù)合材料用量達25%,包括**冀、外翼、垂尾、平尾、機身地板梁和后承壓框等。同時為了形成與被音抗爭的局面,計劃推出的A-350XWB飛機,復(fù)合材料用量達52%。
與此同時,直升機和無人機結(jié)構(gòu)用復(fù)合材料-發(fā)展更快,如美國的武裝直升機科曼奇RAH66,共用復(fù)合材料50%。歐洲最新研制的虎式(Tiger)武裝直升機,復(fù)合材料用量高達80%。X-45C無人機復(fù)合材科用量達90%以上,甚至出現(xiàn)了全復(fù)合材料無人機,如”太陽神“(Helios) 號。
在今后20~30年中,航空復(fù)合材料將迎來新的發(fā)展時期,在飛機結(jié)構(gòu)中用量的比例將繼續(xù)增大,未來飛機特別是軍機為了進一步達到結(jié)構(gòu)減重與降低綜合成本,復(fù)合材料將不斷取代其他材料,用量繼續(xù)增長。美國一報告中指出:到2020年,只有復(fù)合材料才有潛力使飛機獲得20%~25%的性能提升,復(fù)合材料將成為飛機的基本材料,用量將達到65%。
2.汽車交通
汽車工業(yè)已成為我國的支柱產(chǎn)業(yè),近年來發(fā)展迅速。據(jù)統(tǒng)計2008年我國汽車總產(chǎn)量為1000萬輛,2009年達到1379萬輛,而在2010年已經(jīng)突破1800萬輛,計劃在2015年達到2500萬輛。以產(chǎn)銷量而言,中國己超過”生活在汽車輪子上“的國家——美國,躍居世界第一。
新能源汽車已被我國正式列入戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè),發(fā)展新能源汽車主要體現(xiàn)在兩方面:一是發(fā)展新型動力電池,二是發(fā)展汽車輕量化材料。
發(fā)展汽車輕量化材料的主要方向是新型衛(wèi)程塑料、以塑代鋼以及纖維復(fù)合材料。
現(xiàn)代的汽車設(shè)計有安全、舒適、節(jié)能和環(huán)保4項明確要求。因此減輕結(jié)構(gòu)重量,從而節(jié)省燃油、減少尾氣排放和環(huán)境污染是汽車設(shè)計的重要發(fā)展方向。為此,世界上的各大汽車公司均在制訂和執(zhí)行汽車的輕結(jié)構(gòu)戰(zhàn)略計劃。如BMW(寶馬)等公司明確提出每車要減重100kg以上的目標,提高燃油效率,CO2排放減到7.5~12g/km以下,美國進一步提出了30km/L汽油的里程目標。據(jù)知,汽車結(jié)構(gòu)每減重10%,燃油消耗可節(jié)省7%,**減少了壽命期內(nèi)的使用成本。若車體減重20%~30%,每車每年CO2排放量可減少0.5t。
汽車用復(fù)合材料主要以玻璃纖維增強熱塑牲樹脂為主,現(xiàn)已發(fā)展到用碳纖維復(fù)合材料。20世紀70年代開始,片狀模塑科(SMC)的成功開發(fā)和機械化模壓技術(shù)的應(yīng)用,促使玻璃鋼/復(fù)合材料在汽車應(yīng)用中的年增長速度達到25%,形成汽車玻璃鋼制品發(fā)展的第一個快速發(fā)展時期;到20世紀90年代初,隨著環(huán)保和輕量化、節(jié)能等呼聲越來越高,以GMT (玻璃纖維毯增強熱塑性復(fù)合材料)、LFT(長纖維增強熱塑性復(fù)合材料)為代表的熱塑性復(fù)合材料得到了迅猛發(fā)展,主要用于汽車結(jié)構(gòu)部件的制造,年增長速度達到10%~ 15%,進入了第三個快速發(fā)展時期。
玻璃鋼/復(fù)合材料汽車零部件主要分為三類:車身部件、結(jié)構(gòu)件及功能件。
1.車身部件:包括車身殼體、車篷硬頂、天窗、車門、散熱器護柵板、大燈反光板、前后保險杠等以及車內(nèi)飾件。這是玻璃鋼/復(fù)合材料在汽車中應(yīng)用的主要方向,主要適應(yīng)車身流線型設(shè)計和外觀高品質(zhì)要求的需要,目前開發(fā)應(yīng)用潛力依然巨大。主要以玻璃纖維增強熱固性塑料為主,典型成型工藝有:SMC/BMC、RTM和手糊/**等。
2.結(jié)構(gòu)件:包括前端支架、保險杠骨架、座椅骨架、地板等,其目的在于提高制件的設(shè)計:自由度、多功能性和完整性。主要使用高強SMC、GMT、LFT等材料。
3.功能件:其主要特點是要:求耐高溫、耐油腐蝕,以發(fā)動機及發(fā)動機周邊部件為主。如:發(fā)動機氣門罩蓋、進氣歧管、油底殼、空濾器蓋、齒輪室蓋、導(dǎo)風(fēng)罩、進氣管護板、風(fēng)扇葉片、風(fēng)扇導(dǎo)風(fēng)圈、加熱器蓋板、水箱部件、出水口外殼、水泵渦輪、發(fā)動機隔聲板等。主要衛(wèi)藝材料為:SMC/BMC、RTM、GMT及玻璃纖維增強尼龍等。
3.新能源
風(fēng)力發(fā)電是綠色能源的一種,進入21世紀,在全球的發(fā)展可以說是風(fēng)起云涌。復(fù)合材料在新能源發(fā)展領(lǐng)域中的應(yīng)用主要是用來制造風(fēng)電機組的葉片。
隨著風(fēng)力發(fā)電功率的不斷提高,捕捉風(fēng)能的葉片也越做越大,對葉片的要求也越來越高,葉片的材料越輕、強度和剛度越高,葉片抵御載荷的能力就越強,葉片就可以做得越大,它的捕風(fēng)能力也就越強。因此,輕質(zhì)高強、耐蝕住好、具有可設(shè)計性的復(fù)合材料是目前大型風(fēng)機葉片的首選材料。
(1) 玻璃纖維復(fù)合材料風(fēng)機葉片
玻璃纖維增強聚酯樹脂和玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂是目前制造風(fēng)機葉片的主要材料,主要有E-玻璃纖維,但是,E-玻璃纖維密度較大,隨著葉片長度的增加,葉片的重量也越來越大,完全依靠玻璃纖維復(fù)合櫞料作為葉片的材料已經(jīng)逐漸不能滿足葉片發(fā)展的需要。例如,玻璃纖維增強聚酯樹脂的葉片,當(dāng)葉片長度為19m時,其質(zhì)量為1.8t;長度增加到34m時,葉片質(zhì)量為5.8t;葉片長度達到52m時,則其質(zhì)量高達21t。因此需要尋找更好的材料以適應(yīng)大型葉片發(fā)展的要求。
(2) 碳纖維是臺材料風(fēng)機葉片
為了提高風(fēng)能利用率,風(fēng)力機單機睿量不斷擴大,兆瓦級風(fēng)力機已經(jīng)成為風(fēng)電市場的主流產(chǎn)品。目前,歐洲3.6MW機組已批量安裝,4.2MW、4.5MW和5MW機組也已安裝運行;美國已經(jīng)成功研制出7MW風(fēng)力機;英國近在研制10MW的巨型風(fēng)力機,風(fēng)電機組增大單機容量,對葉片提出了更高的要求,碳纖維比玻璃纖維具有更高的比強皮和比剛度,用碳纖維復(fù)合材料制造大型葉片勢在必行。丹麥Vestas的V-90葉輪的葉片制造中使用了碳纖維;但由于其價格昂貴,因此,全球各大復(fù)合材料公司正在從原材料、工藝技術(shù)、質(zhì)量控制等各方面進行深入研究,以求降低成本。美國Zoltek公司生產(chǎn)的PANEMEM33(48K) 大絲素碳紆維具有良好的抗疲勞性能,可使葉片質(zhì)量減輕40%,葉片成本降低14%,并使整個風(fēng)力發(fā)電裝置成本降低4.5%。
(3) 碳纖維、輕木、玻璃纖維混雜復(fù)合材料風(fēng)機葉片
由于碳纖維的價格是玻璃纖維的10倍左右,目前葉片增強材料仍以玻璃纖維為主。在制造大型葉片時。采用玻纖、輕木和PVC相結(jié)合的方法可以在保證剛度和強度的同時減輕葉片的質(zhì)量。如LM公司饕開發(fā)以玻璃鋼為主的61m大型葉片時,只在橫梁和葉片端部選用少量碳纖維,以配套5MW的風(fēng)力機。應(yīng)用碳纖維或碳纖維/玻璃纖維混雜增強的方案,葉片可減重20%~30%。德國Nodex公司為海止5MW風(fēng)電機組配套研制的碳纖維/玻璃纖維混雜風(fēng)機葉片長達56m,同時,Nodex公司還開發(fā)了43rmrm (9I6t) 碳纖維/玻璃纖維葉片,可用于陸上2.5MW機組,目前,碳纖維/玻璃纖維與輕木/PVC混雜使用制造復(fù)合材料葉片已被各大葉片公司所采用,輕木/PVC作為夾芯材料,不僅增加了葉片的結(jié)構(gòu)刷庋和承受載荷的能力,而且還最大程度地減輕了葉片的質(zhì)量,為葉片向長旦輕的方向發(fā)展提供了有利的條件。
(4) 熱塑性復(fù)合材料葉片
目前使用的風(fēng)電葉片都是由熱固住復(fù)合材料制造的,很難自然降解。其廢棄物一般采用填埋、燃燒利用其熱能或粉碎后作填料等方法處理。面對日益突出的復(fù)合材料廢棄物對環(huán)境造成危害的問題,一些風(fēng)電葉片制造商開始研究制造熱塑性復(fù)合材料葉片——“綠色葉片”。
與熱固性復(fù)合材料相比,熱塑性復(fù)合材料具有可回收利用、質(zhì)量輕、抗沖擊性能好、生產(chǎn)周期段等一系列優(yōu)異姓能。糧據(jù)有關(guān)資料介紹,如果采用熱塑性復(fù)合材料葉片,每臺大型風(fēng)力發(fā)電機所用的葉片重覺可以降低10%,抗沖擊性能太幅度提高,制造周期至少縮短1/3,而且可以完全回收和再利用。
但是,使用熱塑牲復(fù)合材料制造葉片的工藝成本較高,成為限制熱塑性復(fù)合材料用于風(fēng)力發(fā)電葉片的關(guān)鍵問題。因此開發(fā)低成本:的熱塑倥復(fù)合材料葉片各受柒注。隨著新型熱塑性樹脂的開發(fā)以及相應(yīng)的葉片制造工藝技術(shù)的發(fā)展,新型的熱塑牲復(fù)合材料葉片將逐步得到實際應(yīng)用。
4.船舶及海洋工程
復(fù)合材料在船舶及海洋工程應(yīng)用的優(yōu)勢主要在于:一是高比強度、高比剛度,館犬幅降低船體重量;二是耐腐蝕、抗疲勞。木材長期浸泡在水中會腐爛,鋼鐵經(jīng)海水腐蝕要生銹,而復(fù)會材料可耐酸、耐堿、耐海水侵蝕,水生物也難以附生,**提高了使用壽命;三是成型方便,建造工藝簡單,建造周期短;最后是透波、透聲性好,無磁性,介電性能優(yōu)良,適宜作艦艇的功能結(jié)構(gòu)材料。例如船艇依靠聲納在海上定位,測距、發(fā)現(xiàn)目標,作為聲納設(shè)備保護裝置的聲納導(dǎo)流罩,其材料要求透聲透波性好,聲波的失真畸變小,具有一定剛度和強度,必須采用復(fù)合材料。
纖維復(fù)合材料是船舶的主要品種。基體可以是鏹塑牲樹脂 (如尼龍等) 或熱固慳樹脂(如不飽和聚酯、環(huán)氧樹脂等)。 增強纖維則有玻璃纖維(GF)、碳纖維(CF)、有機纖維等。
復(fù)合材料艦船上的應(yīng)用發(fā)展很快,被產(chǎn)泛用作各種船體、內(nèi)裝上層建筑、桅桿、艙壁、舵、推進器軸以及潛艇的表面、升降裝置、推進器等。
例如,美國20世紀80年代末建造的MHC-1級獵/掃雷艇,90年代初建成的玻璃鋼沿海獵雷艇”Ospery“號,艇體均采用玻璃纖維增強的聚酯樹脂,并以預(yù)浸工藝制造,同時期建造的長14.3m、航速達60節(jié)的巡邏艇,采用了凱芙拉增強的聚酯樹脂單殼結(jié)構(gòu)。美國”佩麗“號驅(qū)逐艦用凱芙拉裝甲,效果良好;美國洛杉磯級核潛艇聲納導(dǎo)流罩長7.6m,最大直徑8.lm,均采用先進復(fù)合材料制造,性能優(yōu)良。
歐洲的復(fù)合材料船艦工業(yè)也十分發(fā)達。自20世紀60年代中期,英國先后建成了45Ot級和625t級的大型玻璃鋼掃雷艇和猶雷艇后,在歐洲掀起了用玻璃鋼制造獵掃雷艇的熱潮。20世紀90年代,英國在船艦中采用了更多的先進復(fù)合材料,如用碳纖維/玻璃纖維混雜纖維建造的”亞賓吉-21“號摩托艇,剛度提高,減重30%;長9m的”施培正“號巡邏艇采用凱芙拉49取代玻璃鋼艇殼,減重20%,航速提高1.7節(jié),瑞典在1974年建成了第一艘以PVC泡沫塑料為芯材的玻璃鋼來層結(jié)構(gòu)掃笛艇”Viksten“號,至20世紀90年代初已建成7艘大型(M80型) Landsort級夾層結(jié)構(gòu)獵掃雷艇,此外還利用夾層結(jié)構(gòu)技術(shù)建造了多艘大型TV171、TV172和CG27型海岸巡邏艇,特別是1991年研制成功了世界上第一艘復(fù)合材料隱形試驗艇”smyge“號,該艇采用碳纖維與玻璃纖維混雜復(fù)合材料技術(shù)和PVC泡沫夾心結(jié)構(gòu)建造。提高了速度和隱形性,集先進復(fù)合材料技術(shù)、夾層結(jié)構(gòu)技術(shù)、隱身枝術(shù)及雙體氣墊技術(shù)于一身,堪稱當(dāng)代世界高科技艦船。
5.建筑及其他
建筑工業(yè)中使用樹脂基復(fù)合材料對減輕建筑物自重,提高建筑物的使用功能,改革建筑設(shè)計,加速施工進度,降低工程造價,提高經(jīng)濟效益等都十分有利。
樹脂基復(fù)合材料的佚能可根據(jù)使用要求進行設(shè)計, 如要求耐水、防腐、高強等。對于大型結(jié)構(gòu)和形狀復(fù)雜的建筑制品,能夠一次成型制造,提高建筑結(jié)構(gòu)的整體性,其優(yōu)點主要有以下幾方面。
1.力學(xué)性能好。選用不同的材料,進行優(yōu)化設(shè)計,可以獲得性能優(yōu)異的復(fù)合材料。在制造過程中,可以根據(jù)構(gòu)件受力狀況局部加強,既可提高結(jié)構(gòu)的承載能力,叉能節(jié)約材料,減輕自重。
2.裝飾性好。樹脂基復(fù)合材料的表面光潔,可以配制成各種鮮艷的色彩,也可以制造出不同的花紋和圖案,適宜制造各種裝飾板、大型浮雕及工藝美術(shù)雕塑等。
3.透光性。透明玻璃鋼的透光率達85%以上。用于建筑工程時可以將結(jié)構(gòu)、圍護及采米三者綜合設(shè)計,能夠達到簡化采光設(shè)計,降低工程造價之目的。
4.隔熱牲。樹脂基復(fù)合材料的夾層結(jié)構(gòu)的熱導(dǎo)率為0.05~0.08W/(m·k),比普通紅磚小10倍,比混凝土小20多倍。
5.隔聲性。樹脂纂復(fù)合材料有消逝振動聲波及傳播聲波的作用,經(jīng)過專門設(shè)計的夾層結(jié)構(gòu),可達到既隔聲又隔熱的雙層效果。
6.電性能。玻璃鋼具有良好的絕緣性能,不受電磁鈹作用,不反射無線電鈹。通過設(shè)計,訶健其在很寬的頻段內(nèi)都具有良好的透微波性能。
7.耐化學(xué)腐濁。玻璃鋼有很好的抗微生物作用和耐酸、堿、有機溶劑及海水腐蝕作用的能力,特別適用于化工建筑、地下建筑及水工建筑等工程。
8.透水和吸水性。玻璃鋼吸濕牲很低,不透水,可以用于建筑工程中的防水、給水及排水等工程。
復(fù)合材料建筑結(jié)構(gòu)品種繁多,應(yīng)用廣泛,包括承載結(jié)構(gòu),如柱、桁架、梁、承重折板、屋面板、樓板等;圍護結(jié)構(gòu),包括波紋板、夾層結(jié)構(gòu)板、外墻扳、隔墻板、防腐樓板、屋頂結(jié)構(gòu)、遮陽板、天花板等;采光制品,如透明波形板、學(xué)透明夾層結(jié)構(gòu)板、整體式和組裝式采光罩(廠房、農(nóng)業(yè)溫室及公用建筑天窗、屋頂及墻面采光);門窗裝飾材料,如門窗拉擠型材,裝飾板(平板、浮雕板、復(fù)合板);采暖通風(fēng)材料,如冷卻塔、管道、柵板、風(fēng)機、葉片及整體成型制品,**空調(diào)的通風(fēng)櫥、送風(fēng)管、排氣管、防腐風(fēng)機罩等。
復(fù)合材料在基建中的另一種應(yīng)用是建筑結(jié)構(gòu)的補強加固,自20世紀90年代開始,北美和歐洲一些國家將碳纖維復(fù)合材料用于建筑結(jié)構(gòu)的修補與加固,與傳統(tǒng)的鋼板螺栓加固相比,碳纖維復(fù)合材料加固具有施工簡單、易操作、適用性強、無需專用設(shè)備、外形美觀等優(yōu)點,盡管碳纖維復(fù)合材料價格要比鋼板貴,但考慮人力、設(shè)備、時間、施工條件、能耗等綜合因素,碳纖維的補強加固仍具有發(fā)展前景。研究表明,在混凝土橫梁上貼上一層碳纖維復(fù)合材料,梁的彎曲強度可提高15%~18%,貼上3~4層,彎曲強度可提高40%,這是混凝土梁可以補強的上保值,再增加復(fù)合材料的層散已無實際意義,這種加固方式可適用于許多場合,如室內(nèi)天花板、公格橋梁、隧道、地下室頂板等。
除上述幾個領(lǐng)域外,復(fù)合材料在機械、電氣、石化、體育及休閑器材等方面也得到越來越廣泛的應(yīng)用,如用碳纖維復(fù)合材料代替鋁合金制作復(fù)合導(dǎo)線的芯線,具有更輕和更耐用的特點。其他如體育休閑用品中使用的復(fù)合材料例如自行車、魚竿、高爾夫球桿、網(wǎng)球拍等都有了幾十年的發(fā)展歷史,市場也在不斷擴大。
復(fù)合材料缺點
1、材料的工藝穩(wěn)定性差。
2、材料性能的分散性大。
3、長期耐高溫與環(huán)境老化性能差。
4、抗沖擊能力低。
5、橫向強度和層間剪切強度差。
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