新能源汽車復合材料項目
❶ 高性能復合材料的重點發展方向有哪些
盡管新冠疫情持續蔓延,令行業面臨諸多挑戰,但到去年年底,有跡象表明,與復合材料行業相關的汽車和交通等眾多領域開始復甦。運輸業在雖然結構轉型還遠未完成,但目前行業已經開始正視挑戰。然而,航空業目前還未恢復到以前水平,如今,航空航天的未來比以往任何時候都更依賴於其創新能力。
汽車工業:在未來幾年內突破2017年的高水位線
與新冠疫情相關的停產對2020年的輕型汽車供需產生了極大的負面影響。2020年初的製造業停產使對材料的需求驟然停止,新冠疫情流行對經濟影響進一步降低了全球對新型乘用車的需求。盡管到夏季恢復生產並且需求恢復高於預期,但2020年全球產量比上年依然下降20%。汽車用復合材料的銷售量也相應下降,降至約35億磅。
輕型汽車生產的恢復將是漸進的,並具有明顯的地區差異。中國是首先受到冠狀病毒影響的大市場,預計到2022年將完全恢復到2017年的水平。歐盟和北美等成熟市場的汽車需求在新冠疫情大流行之前有所放緩,並且在2025年之前恐怕難以恢復到2017年的水平。對於隨市場漲跌的汽車商品供應商來說,復甦之路將是漫長而緩慢的。
幸運的是,許多復合材料不是商品,由於它們在成本、重量和性能方面與競爭材料相比具有明顯優勢,因此市場份額正在增加。由於二氧化碳排放和燃油經濟性的法規監管,對輕質材料的需求超過了市場的增長。在2021年至2030年之間,歐洲二氧化碳排放限制將收緊60%以上。美國可能會重新考慮暫停奧巴馬時代的燃油經濟性標准,這可能需要在2020年至2025年之間將車隊燃油經濟性提高23%。
使用輕質材料(包括復合材料)可以幫助原始設備製造商OEM滿足法規要求,保持消費者的吸引力。從2008年到2018年,先前的效率法規幫助復合材料在汽車應用中每年增加2%,鑒於當前的法規環境,這種趨勢可能會持續下去。
然而,僅靠輕質材料並不能使OEM滿足較高的燃油經濟性要求。因此,汽車製造商計劃在未來幾年內部署一種新的混合電動汽車動力系統。這將包括大量增加混合動力、電池電動和燃料電池汽車,以補充內燃機。電動汽車的興起為電池盒、氫燃料箱和其他要求輕量化和耐腐蝕的部件中的復合材料創造了機會。
此外,在設計這些新車時,可以利用零件整合的機會。這些因素可能使復合材料在未來十年中占據更多的汽車材料用量份額,並將有助於推動汽車復合材料的總銷量在2023年之前超過2017年的水平。
復合材料行業的增長潛力可通過將汽車產量和汽車復合材料的銷量指數化以2017年為基準年並預測到2025年的需求來進行說明。如果復合材料繼續像過去十年那樣以每年高於市場2%的速度增長,到2023年,汽車復合材料的產量將超過基準年的2017年,但全球汽車產量預計不會在2025年之前恢復到2017年的水平。
盡管2020年對於汽車行業和復合材料製造商來說是艱難的一年,但汽車復合材料的長期前景是光明的。根據成本、重量和性能方面的價值,該行業將在未來幾年內突破2017年的高水位線。
2020年新冠疫情給許多行業和生活方方面面帶來了重大影響和破壞,汽車和復合材料行業也不例外,兩者都受到了新冠疫情的巨大影響,其影響將在未來幾年內顯現出來。然而,對於復合材料製造商而言,有一個好消息是,預期的汽車行業復甦、全球環境監督和電動汽車的激增將為復合材料和輕質汽車材料提供很有前途的前景。
航空航天:以創新為基礎的技術解決方案對於其成功至關重要
在過去的幾年裡,航空航天業受到了一系列事件的巨大影響,最顯著的是波音737 Max的停飛和新冠疫情流行。2020年11月18日,美國聯邦航空局局長Steve Dickson取消了2019年3月13日發布的波音737 Max停飛令。但是期間的18個月給整個行業帶來了巨大損失。
此外,在新冠疫情大流行期間,波音公司和空中客車公司都不得不暫時關閉其設施。正如預期的那樣,波音和空中客車公司都在為大幅降低生產率和降低訂單而苦苦掙扎。
隨著航空航天工業的復甦,以創新為基礎的技術解決方案對於其成功至關重要。利用計算機功能的項目繼續推動復合材料製造業在航空航天領域的發展,其中包括集成計算材料工程(integrated computational materials engineering,ICME),它可以利用不同模型框架之間的數據流進行數字製造,3D列印部件及其完整性認證驗證的差距越來越大,而通過使用分析學可以彌補這一差距。
藉助ICME,航空航天製造商可以在涵蓋整個組織的框架中看到敏捷性的顯著優勢。復合材料是理想的材料系統,可以驅動建模、分析或數字孿生方法增加價值,在這種方法中,復合材料成分、添加劑及其形態的復雜性不僅在成分選擇方面而且在製造工藝方面都帶來無數的性能差異。當通過計算可以顯著減少客戶要求與FAA認證之間的時間時,這就顯得格外重要。
美國現代化新型技術和優先考慮事項的交叉點一直集中在高超音速、太空和網路安全領域,後者給整個航空航天供應鏈帶來了巨大挑戰,尤其是對保護信息的需求。從2020年11月30日開始,美國國防部(DOD)引入了一種自我評估方法,要求DOD供應鏈量化並報告其當前的網路安全合規性。在創新方面,政府機構繼續促進初創技術開發商與一級航空航天公司之間的合作。空軍AFWERX計劃就是一個例子,該計劃促進了整個行業、學術界和軍隊之間的聯系。
對這些新興技術至關重要的是材料的進步,基於馬赫數5到馬赫數20之間最惡劣的空間環境中生存的材料的需求,導致對增材製造用陶瓷基復合材料的研究和投資有所增加。為了在航空航天領域站穩腳跟,復合材料行業可以借鑒在聚合物基復合材料和金屬基復合材料中獲得的經驗教訓,利用ICME工作流程為陶瓷基復合材料的模型驅動設計提供依據。此外,將專家知識轉換為基本的2×2正交實驗設計,在同一試驗中比較傳統材料,將為使用新的復合材料和製造方法建立信心。
盡管基礎指標歷來包括高強度重量比、耐腐蝕和耐化學腐蝕性能,但新的行星外空間要求在極端高溫和低溫下都具有長周期服役能力。如美國航空航天學會(AIAA)標准指導委員會(SSC)等機構資源服務為標准制定做出了貢獻,這將有助於使航空航天利益相關者之間的測試和其他活動標准化。
總之,航空航天的未來比以往任何時候都更依賴於其創新能力。這將需要政府、主要機構、供應鏈和初創公司利益相關者之間的綜合發展。每個利益相關者在平衡合規性和業務模式中斷以確保反彈方面將發揮重要作用。
玻璃纖維:2021年的前景更加光明
由於新冠疫情影響,2020年是復合材料行業的危機年,因為疫情引發了現金流和需求危機、供應鏈中斷和工人安全問題。雖然2020年充滿挑戰,但2021年的前景似乎更加光明。
2020年初,美國復合材料行業起步相當不錯,並顯示出與2019年相似的良好增長跡象。到3月底,新訂單推遲甚至被取消。在第二季度,特別是在4月和5月,疫情流行影響最大,導致了自大蕭條以來最嚴重、最劇烈的經濟收縮。夏季有超過2000萬人失業,各行各業的工廠也被關閉。運輸、建築和海運業受到的打擊最大,導致2020年第二季度美國玻璃纖維的需求與2020年第一季度相比減少了20%。
但是,2020年下半年成為經濟和復合材料行業復甦最快的時期。自2020年7月以來,在刺激計劃和工廠重新開張的推動下,美國復合材料行業的各種最終用途行業的需求開始增長,包括汽車、船舶和建築行業。因此,與2020年第二季度相比,美國玻璃纖維市場在2020年第三季度增長了約23%。
在2020年第四季度,美國玻璃纖維市場保持強勁,11月的增長率與2019年11月相比約為5%。到2020年底,玻璃纖維市場無法從大流行中完全恢復過來,預計將下降約6%,需求降至24.4億磅,而2019年為25.9億磅。冠狀病毒對整個價值鏈的影響都是不規律的,汽車、管道和儲罐、航空航天和海洋應用呈顯著下降趨勢,而風能、電氣和電子以及建築業仍保持良好發展態勢。
風電行業是2020年的一個亮點,盡管由於供應鏈瓶頸、跨境運輸問題和政府的限制在3月和4月暫時放緩,但風能產業仍實現了兩位數的增長。總體而言,市場增長是因為風電場開發商急於在年底預期到期之前及時開工,以獲得生產稅抵免資格。
COVID-19迫使高管們重新思考復合材料行業的未來。在某些細分市場中,過剩的產能加劇了緩慢的復甦,如航空航天業。波音公司首席執行官Dave Calhoun估計,航空旅行需要2至3年時間才能恢復到COVID之前的水平。
消費者對可持續性的意識也越來越高,這促使行業參與者在材料和復合材料零件的生產中探索綠色材料、可再生能源和回收技術。此外,大多數部門越來越多地使用數字技術來改變工作和勞動力。
在去年12月批準的新刺激方案和冠狀病毒疫苗的幫助下,Lucintel預計2021年第1季度和第2季度在美國玻璃纖維行業中將有良好的復甦。汽車、住房、管道和儲罐、電氣和電子產品、消費品和海洋的有利趨勢將導致2021年玻璃纖維市場以8%至10%的速度增長,達到或超過2019年的需求水平。
碳纖維:所有細分市場都具有巨大增長潛力
自2010年以來,全球碳纖維市場已從不到4萬噸增長到2019年的10萬噸以上。在此期間,碳纖維增長平穩且不間斷,每年增長速度達到10%到12%。
但是2020年,隨著COVID-19大流行來襲,全球碳纖維幾乎在一夜之間發生了變化。2020年,全球對碳纖維的需求總計約為10.5萬噸,僅比2019年增長1%,預計在2021年,增長幅度也僅為1%。
碳纖維市場受到許多領域應用增長的推動,例如航空航天、風能、體育用品、船舶、汽車、壓力容器等。在2020年之前,所有這些細分市場的增長率以及整個行業的增長率都在穩步上升。
但是隨著2020年初邊境的關閉,國際航空旅行停止,飛機停飛,飛機製造商大幅削減了生產率,碳纖維行業似乎在瞬間失去了動力。碳纖維在航空航天領域的應用占工業總量的20%以上,占行業價值的40%。商業航空業的放緩嚴重影響了碳纖維行業,要恢復到疫情之前的水平可能要花費數年的時間。
盡管航空航天方面的消息令人沮喪,但2020年並非所有的都是壞消息。當人們學會了居家工作和在家附近度假時,一些市場表現良好,如在2020年,體育用品的需求躍升了30%至40%,風力渦輪機的安裝按計劃繼續比上一年增加了20%。
按照最終用途市場劃分,2020年碳纖維應用市場細分大致如下:
風能—23%;
航空航天—20%;
體育用品—12%;
汽車—10%;
壓力容器—10%;
用於注塑塑料和其他短纖維應用的復合材料—8%;
建築和基礎設施—8%;
其他細分市場—9%
正如疫情之前的時期一樣,隨著新應用和項目的投產,碳纖維的所有細分市場都具有巨大的增長潛力。在新冠疫情暴發之前,碳纖維具有吸引力的潛在長期大趨勢保持不變。碳纖維的優點——剛度、高強度重量比、耐腐蝕性、導電性等——至今仍然有效。為了實現增長,碳纖維和CFRP零件必須同時具有技術和經濟效益。
因此,人們對推動碳纖維整體需求的各個行業和應用有著不同的看法,有些行業下滑,有些行業則會上漲。那些已經收縮的領域尤其是航空航天領域,導致碳纖維行業的總量在2020年看起來相對平穩,預計2021年只會有非常溫和的增長。但是,長期前景更為樂觀。在未來幾年內,可以合理預期碳纖維行業將再次恢復較強勁的同比增長。
至於碳纖維行業的產能,全球碳纖維生產商的銘牌產能合計約為16萬噸,足以滿足當前需求。一些生產商正在計劃增加新的工廠和產能,以滿足日益增長的未來需求。最後,必須牢記,碳纖維仍處於早期發展階段。飛機是通過手工製造的,每天只有一兩架;其他應用稍高一些,但仍然沒有自動化。與之相比,汽車的批量生產速度超過每分鍾一輛。如今,碳纖維仍主要用於小批量應用,尚未實現「大量生產」。
總而言之,新冠疫情給碳纖維行業帶來了一定的打擊,但這只是暫時的。盡管在這不平凡的一年裡發生了很多事情,但碳纖維的未來還是充滿希望的,未來幾年的發展也將會十分有趣。
建築與基礎設施:建設有所縮減,可能是行業的轉折點
當人們在談論復合材料主要應用領域時,建築工業往往不是位居榜首,但它卻一直在發展。全球建築經濟是世界上最大的建築經濟體之一,也是最大的資源和能源消費領域之一,它同樣也是最大的污染源之一,這些因素共同推動了對可持續發展的全面需求,復合材料在其中可以發揮作用。
根據《全球建築展望》和牛津經濟研究院發布的《2030年全球建築》,預計到2030年,全球建築業產值將增長85%,達到15.5萬億美元,其中大部分增長將集中在美國、中國和印度。麥肯錫全球研究所報告稱,到2025年,全球20個最大的城市將需要3600萬套新住房。
建築業的其他研究表明,美國23%的空氣污染、40%的水污染和50%的垃圾填埋場垃圾都是建築業造成的。此外,美國綠色建築委員會說,建築物和建築項目每年約佔全球能源消耗的40%。
復合材料在建築中的作用是多種多樣的,從窗框和木材增強到復合材料鋼筋和纖維增強混凝土。無論使用哪種材料,復合材料的輕量化、設計靈活性和耐用性優勢都有助於加快施工速度,提高建築的可持續性得分。
以阿拉伯聯合大公國(UAE)迪拜正在建設的未來博物館為例,這座78米高的建築有七層樓,裡面有一個環形外殼,位於三層裙樓頂上。圓環的外立麵包括1024塊阻燃復合材料板,每個面板均覆蓋有不銹鋼,具有獨特的3D形狀,並融合了模製的阿拉伯文字。
在美國紐約州布魯克林,增材製造復合材料幫助加快了45層高的One South First和相連的10 Grand的建設速度,這些建築位於Domino Park內。這些建築物包括一個復雜的混凝土立面,需要通過澆口預制數百個混凝土框架。Gate聘請了添加劑工程解決方案公司(AES)來幫助製造用於塑造混凝土框架的模具。在部分生產中,AES選擇了LNP Thermomp AM復合材料,一種高模量、低翹曲的材料,由SABIC提供的短切碳纖維增強ABS樹脂材料。
由於新冠疫情的到來,2021年的住宅建設和公共建設都會有所委縮。大多數基礎設施和公共建築的建設將受到政府實體的預算平衡、稅收和收費收入的下降以及與大流行相關的未預算支出的限制。在短期內,只有少數非住宅利基市場看起來很有希望。其中包括對許多類型的現有設施進行翻新,以適應與冠狀病毒相關的要求。此外,在醫院和療養院之外需要更多的設施來提供醫療、篩查和測試。學校建設可能是部分例外。隨著更多家庭的搬遷,對新建和改建或擴建學校的需求將不斷增長。
新冠疫情的流行增加了對替代稀缺的現場熟練工人的方式的需求。在某種程度上,復合材料和產品可以替代現場製造,或者由經驗較少或技能水平較低的工作人員更快地安裝,即使產品本身成本更高,對復合材料的需求也將不斷增長。
因此,對於承包商而言,2021年可能是充滿挑戰的一年。但這可能標志著希望打入建築市場的復合材料製造商的轉折點。(廣東博皓復合材料有限公司成立於2004年,有著近二十年復合材料行業服務經驗,是一家復合材料行業整體解決方案服務商。我們致力於為客戶提供完善的顧問式采購服務,先進的復合材料產品解決方案,頂尖的復合材料工藝及技術服務,高品質的復合材料模具設計與製造。)
❷ 新材料有哪些 新能源有哪些
你給的題目太大了。
新材料綜述:
汽車:http://www.bjkp.gov.cn/kjbgt/k10640-04.htm
新材料在線,包括如能源新材料,化工新材料,電子新材料,納米新材料,陶瓷新材料,航空新材料,紡織新材料等等。
由科技部、財政部和國家稅務總局共同編制的《中國高新技術產品目錄》於2000年8月正式發布。這是我國第一個較為系統、完整地函蓋了各領域高新技術產品,並具有詳盡的產品技術界定條件的目錄。
在目錄中,新材料共有十大類別,632項產品,約占總數的31%。
新材料高技術產品分類目錄
(一)金屬材料
(二)無機非金屬材料
(三)有機高分子材料及製品
(四)復合材料
(五)新型醫療器械
(六)新型能源及裝備
(七)核輻射產品
(八)同位素及應用產品
(九)核材料
(十)主要農副產品貯藏、加工新技術產品及其設備
新能源
按照各種能源在當代人類社會經濟生活中的地位,人們把能源分為常規能源和新能源兩大類。
常規能源為技術上比較成熟,已被人類廣泛利用,在生產和生活中起著重要作用的能源。例如煤炭、石油、天然氣、水能和核裂變能等。
新能源為目前尚未被人類大規模利用,還有待進一步研究試驗與開發利用的能源。例如太陽能、風能、地熱能、海洋能及核聚變能等。
所謂新能源,是相對而言的。現在的常規能源在過去也曾是新能源,今天的新能源將來也會成為常規能源。
❸ 新能源汽車使用的復合材料有哪些
這個不了解,我自己開的就是比亞迪的新能源車,其實不用特別的保養,他的電池質量比較好的,把車開廢了也不用更換,性能好而且綠色環保。
❹ 復合材料都包括哪些方面,哪方面比較好
概念
復合材料(Composite materials),是以一種材料為基體(Matrix),另一種材料為增強體(reinforcement)組合而成的材料。各種材料在性能上互相取長補短,產生協同效應,使復合材料的綜合性能優於原組成材料而滿足各種不同的要求。復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、金屬絲和硬質細粒等。
復合材料使用的歷史可以追溯到古代。從古至今沿用的稻草增強粘土和已使用上百年的鋼筋混凝土均由兩種材料復合而成。20世紀40年代,因航空工業的需要,發展了玻璃纖維增強塑料(俗稱玻璃鋼),從此出現了復合材料這一名稱。50年代以後,陸續發展了碳纖維、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維。70年代出現了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度、高模量纖維能與合成樹脂、碳、石墨、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁、鎂、鈦等金屬基體復合,構成各具特色的復合材料。
[編輯本段]分類
復合材料按其組成分為金屬與金屬復合材料、非金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料。按其結構特點又分為:①纖維復合材料。將各種纖維增強體置於基體材料內復合而成。如纖維增強塑料、纖維增強金屬等。②夾層復合材料。由性質不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強度高、薄;芯材質輕、強度低,但具有一定剛度和厚度。分為實心夾層和蜂窩夾層兩種。③細粒復合材料。將硬質細粒均勻分布於基體中,如彌散強化合金、金屬陶瓷等。④混雜復合材料。由兩種或兩種以上增強相材料混雜於一種基體相材料中構成。與普通單增強相復合材料比,其沖擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高,並具有特殊的熱膨脹性能。分為層內混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內/層間混雜和超混雜復合材料。
60年代,為滿足航空航天等尖端技術所用材料的需要,先後研製和生產了以高性能纖維(如碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維等)為增強材料的復合材料,其比強度大於4×106厘米(cm),比模量大於4×108cm。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復合材料相區別,將這種復合材料稱為先進復合材料。按基體材料不同,先進復合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復合材料。其使用溫度分別達250~350℃、350~1200℃和1200℃以上。先進復合材料除作為結構材料外,還可用作功能材料,如梯度復合材料(材料的化學和結晶學組成、結構、空隙等在空間連續梯變的功能復合材料)、機敏復合材料(具有感覺、處理和執行功能,能適應環境變化的功能復合材料)、仿生復合材料、隱身復合材料等。
[編輯本段]性能
復合材料中以纖維增強材料應用最廣、用量最大。其特點是比重小、比強度和比模量大。例如碳纖維與環氧樹脂復合的材料,其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數倍,還具有優良的化學穩定性、減摩耐磨、自潤滑、耐熱、耐疲勞、耐蠕變、消聲、電絕緣等性能。石墨纖維與樹脂復合可得到膨脹系數幾乎等於零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性,因此可按製件不同部位的強度要求設計纖維的排列。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復合材料,在500℃時仍能保持足夠的強度和模量。碳化硅纖維與鈦復合,不但鈦的耐熱性提高,且耐磨損,可用作發動機風扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復合,使用溫度可達1500℃,比超合金渦輪葉片的使用溫度(1100℃)高得多。碳纖維增強碳、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨,構成耐燒蝕材料,已用於航天器、火箭導彈和原子能反應堆中。非金屬基復合材料由於密度小,用於汽車和飛機可減輕重量、提高速度、節約能源。用碳纖維和玻璃纖維混合製成的復合材料片彈簧,其剛度和承載能力與重量大5倍多的鋼片彈簧相當。
[編輯本段]成型方法
復合材料的成型方法按基體材料不同各異。樹脂基復合材料的成型方法較多,有手糊成型、噴射成型、纖維纏繞成型、模壓成型、拉擠成型、RTM成型、熱壓罐成型、隔膜成型、遷移成型、反應注射成型、軟膜膨脹成型、沖壓成型等。金屬基復合材料成型方法分為固相成型法和液相成型法。前者是在低於基體熔點溫度下,通過施加壓力實現成型,包括擴散焊接、粉末冶金、熱軋、熱拔、熱等靜壓和爆炸焊接等。後者是將基體熔化後,充填到增強體材料中,包括傳統鑄造、真空吸鑄、真空反壓鑄造、擠壓鑄造及噴鑄等、陶瓷基復合材料的成型方法主要有固相燒結、化學氣相浸滲成型、化學氣相沉積成型等。
[編輯本段]應用
復合材料的主要應用領域有:①航空航天領域。由於復合材料熱穩定性好,比強度、比剛度高,可用於製造飛機機翼和前機身、衛星天線及其支撐結構、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的殼體、發動機殼體、太空梭結構件等。②汽車工業。由於復合材料具有特殊的振動阻尼特性,可減振和降低雜訊、抗疲勞性能好,損傷後易修理,便於整體成形,故可用於製造汽車車身、受力構件、傳動軸、發動機架及其內部構件。③化工、紡織和機械製造領域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復合而成的材料,可用於製造化工設備、紡織機、造紙機、復印機、高速機床、精密儀器等。④醫學領域。碳纖維復合材料具有優異的力學性能和不吸收X射線特性,可用於製造醫用X光機和矯形支架等。碳纖維復合材料還具有生物組織相容性和血液相容性,生物環境下穩定性好,也用作生物醫學材料。此外,復合材料還用於製造體育運動器件和用作建築材料等。
復合材料的發展和應用
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。由於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,廣泛應用於航空航天、汽車、電子電氣、建築、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,生產廠家的製造能力普遍提高,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、美的軍事航空航天的高價值產品計入,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佔有率約為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,各國的佔有率變化很大。總體而言,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於航空航天、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,復合材料主要用於住宅建設,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,今後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,為降低發動機雜訊,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製造業中。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,用以替代木製產品;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。
樹脂基復合材料的增強材料
樹脂基復合材料採用的增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等。
1、玻璃纖維
目前用於高性能復合材料的玻璃纖維主要有高強度玻璃纖維、石英玻璃纖維和高硅氧玻璃纖維等。由於高強度玻璃纖維性價比較高,因此增長率也比較快,年增長率達到10%以上。高強度玻璃纖維復合材料不僅應用在軍用方面,近年來民用產品也有廣泛應用,如防彈頭盔、防彈服、直升飛機機翼、預警機雷達罩、各種高壓壓力容器、民用飛機直板、體育用品、各類耐高溫製品以及近期報道的性能優異的輪胎簾子線等。石英玻璃纖維及高硅氧玻璃纖維屬於耐高溫的玻璃纖維,是比較理想的耐熱防火材料,用其增強酚醛樹脂可製成各種結構的耐高溫、耐燒蝕的復合材料部件,大量應用於火箭、導彈的防熱材料。迄今為止,我國已經實用化的高性能樹脂基復合材料用的碳纖維、芳綸纖維、高強度玻璃纖維三大增強纖維中,只有高強度玻璃纖維已達到國際先進水平,且擁有自主知識產權,形成了小規模的產業,現階段年產可達500噸。
2、碳纖維
碳纖維具有強度高、模量高、耐高溫、導電等一系列性能,首先在航空航天領域得到廣泛應用,近年來在運動器具和體育用品方面也廣泛採用。據預測,土木建築、交通運輸、汽車、能源等領域將會大規模採用工業級碳纖維。1997~2000年間,宇航用碳纖維的年增長率估計為31%,而工業用碳纖維的年增長率估計會達到130%。我國的碳纖維總體水平還比較低,相當於國外七十年代中、末期水平,與國外差距達20年左右。國產碳纖維的主要問題是性能不太穩定且離散系數大、無高性能碳纖維、品種單一、規格不全、連續長度不夠、未經表面處理、價格偏高等。
3、芳綸纖維
20世紀80年代以來,荷蘭、日本、前蘇聯也先後開展了芳綸纖維的研製開發工作。日本及俄羅斯的芳綸纖維已投入市場,年增長速度也達到20%左右。芳綸纖維比強度、比模量較高,因此被廣泛應用於航空航天領域的高性能復合材料零部件(如火箭發動機殼體、飛機發動機艙、整流罩、方向舵等)、艦船(如航空母艦、核潛艇、遊艇、救生艇等)、汽車(如輪胎簾子線、高壓軟管、摩擦材料、高壓氣瓶等)以及耐熱運輸帶、體育運動器材等。
4、超高分子量聚乙烯纖維
超高分子量聚乙烯纖維的比強度在各種纖維中位居第一,尤其是它的抗化學試劑侵蝕性能和抗老化性能優良。它還具有優良的高頻聲納透過性和耐海水腐蝕性,許多國家已用它來製造艦艇的高頻聲納導流罩,大大提高了艦艇的探雷、掃雷能力。除在軍事領域,在汽車製造、船舶製造、醫療器械、體育運動器材等領域超高分子量聚乙烯纖維也有廣闊的應用前景。該纖維一經問世就引起了世界發達國家的極大興趣和重視。
5、熱固性樹脂基復合材料
熱固性樹脂基復合材料是指以熱固性樹脂如不飽和聚酯樹脂、環氧樹脂、酚醛樹脂、乙烯基酯樹脂等為基體,以玻璃纖維、碳纖維、芳綸纖維、超高分子量聚乙烯纖維等為增強材料製成的復合材料。環氧樹脂的特點是具有優良的化學穩定性、電絕緣性、耐腐蝕性、良好的粘接性能和較高的機械強度,廣泛應用於化工、輕工、機械、電子、水利、交通、汽車、家電和宇航等各個領域。1993年世界環氧樹脂生產能力為130萬噸,1996年遞增到143萬噸,1997年為148萬噸,1999年150萬噸,2003年達到180萬噸左右。我國從1975年開始研究環氧樹脂,據不完全統計,目前我國環氧樹脂生產企業約有170多家,總生產能力為50多萬噸,設備利用率為80%左右。酚醛樹脂具有耐熱性、耐磨擦性、機械強度高、電絕緣性優異、低發煙性和耐酸性優異等特點,因而在復合材料產業的各個領域得到廣泛的應用。1997年全球酚醛樹脂的產量為300萬噸,其中美國為164萬噸。我國的產量為18萬噸,進口4萬噸。乙烯基酯樹脂是20世紀60年代發展起來的一類新型熱固性樹脂,其特點是耐腐蝕性好,耐溶劑性好,機械強度高,延伸率大,與金屬、塑料、混凝土等材料的粘結性能好,耐疲勞性能好,電性能佳,耐熱老化,固化收縮率低,可常溫固化也可加熱固化。南京金陵帝斯曼樹脂有限公司引進荷蘭Atlac系列強耐腐蝕性乙烯基酯樹脂,已廣泛用於貯罐、容器、管道等,有的品種還能用於防水和熱壓成型。南京聚隆復合材料有限公司、上海新華樹脂廠、南通明佳聚合物有限公司等廠家也生產乙烯基酯樹脂。
1971年以前我國的熱固性樹脂基復合材料工業主要是軍工產品,70年代後開始轉向民用。從1987年起,各地大量引進國外先進技術如池窯拉絲、短切氈、表面氈生產線及各種牌號的聚酯樹脂(美、德、荷、英、意、日)和環氧樹脂(日、德)生產技術;在成型工藝方面,引進了纏繞管、罐生產線、拉擠工藝生產線、SMC生產線、連續制板機組、樹脂傳遞模塑(RTM)成型機、噴射成型技術、樹脂注射成型技術及漁竿生產線等,形成了從研究、設計、生產及原材料配套的完整的工業體系,截止2000年底,我國熱固性樹脂基復合材料生產企業達3000多家,已有51家通過ISO9000質量體系認證,產品品種3000多種,總產量達73萬噸/年,居世界第二位。產品主要用於建築、防腐、輕工、交通運輸、造船等工業領域。在建築方面,有內外牆板、透明瓦、冷卻塔、空調罩、風機、玻璃鋼水箱、衛生潔具、凈化槽等;在石油化工方面,主要用於管道及貯罐;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;在機械及電器領域如屋頂風機、軸流風機、電纜橋架、絕緣棒、集成電路板等產品都具有相當的規模;在航空航天及軍事領域,輕型飛機、尾翼、衛星天線、火箭噴管、防彈板、防彈衣、魚雷等都取得了重大突破。
熱塑性樹脂基復合材料
熱塑性樹脂基復合材料是20世紀80年代發展起來的,主要有長纖維增強粒料(LFP)、連續纖維增強預浸帶(MITT)和玻璃纖維氈增強型熱塑性復合材料(GMT)。根據使用要求不同,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合材料技術的不斷成熟以及可回收利用的優勢,該品種的復合材料發展較快,歐美發達國家熱塑性樹脂基復合材料已經佔到樹脂基復合材料總量的30%以上。
高性能熱塑性樹脂基復合材料以注射件居多,基體以PP、PA為主。產品有管件(彎頭、三通、法蘭)、閥門、葉輪、軸承、電器及汽車零件、擠出成型管道、GMT模壓製品(如吉普車座椅支架)、汽車踏板、座椅等。玻璃纖維增強聚丙烯在汽車中的應用包括通風和供暖系統、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。
滑石粉填充的PP具有高剛性、高強度、極好的耐熱老化性能及耐寒性。滑石粉增強PP在車內裝飾方面有著重要的應用,如用作通風系統零部件,儀表盤和自動剎車控制杠等,例如美國HPM公司用20%滑石粉填充PP製成的蜂窩狀結構的吸音天花板和轎車的搖窗升降器卷繩筒外殼。
雲母復合材料具有高剛性、高熱變形溫度、低收縮率、低撓曲性、尺寸穩定以及低密度、低價格等特點,利用雲母/聚丙烯復合材料可製作汽車儀表盤、前燈保護圈、擋板罩、車門護欄、電機風扇、百葉窗等部件,利用該材料的阻尼性可製作音響零件,利用其屏蔽性可製作蓄電池箱等。
我國的熱塑性樹脂基復合材料的研究開始於20世紀80年代末期,近十年來取得了快速發展,2000年產量達到12萬噸,約占樹脂基復合材料總產量的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,在熱塑性復合材料方面未能有重大突破,與發達國家尚有差距。
我國復合材料的發展潛力和熱點
我國復合材料發展潛力很大,但須處理好以下熱點問題。
1、復合材料創新
復合材料創新包括復合材料的技術發展、復合材料的工藝發展、復合材料的產品發展和復合材料的應用,具體要抓住樹脂基體發展創新、增強材料發展創新、生產工藝發展創新和產品應用發展創新。到2007年,亞洲佔世界復合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%,目前亞洲人均消費量僅為0.29kg,而美國為6.8kg,亞洲地區具有極大的增長潛力。
2、聚丙烯腈基纖維發展
我國碳纖維工業發展緩慢,從CF發展回顧、特點、國內碳纖維發展過程、中國PAN基CF市場概況、特點、「十五」科技攻關情況看,發展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能。
3、玻璃纖維結構調整
我國玻璃纖維70%以上用於增強基材,在國際市場上具有成本優勢,但在品種規格和質量上與先進國家尚有差距,必須改進和發展紗類、機織物、無紡氈、編織物、縫編織物、復合氈,推進玻纖與玻鋼兩行業密切合作,促進玻璃纖維增強材料的新發展。
4、開發能源、交通用復合材料市場
一是清潔、可再生能源用復合材料,包括風力發電用復合材料、煙氣脫硫裝置用復合材料、輸變電設備用復合材料和天然氣、氫氣高壓容器;二是汽車、城市軌道交通用復合材料,包括汽車車身、構架和車體外覆蓋件,軌道交通車體、車門、座椅、電纜槽、電纜架、格柵、電器箱等;三是民航客機用復合材料,主要為碳纖維復合材料。熱塑性復合材料約佔10%,主要產品為機翼部件、垂直尾翼、機頭罩等。我國未來20年間需新增支線飛機661架,將形成民航客機的大產業,復合材料可建成新產業與之相配套;四是船艇用復合材料,主要為遊艇和漁船,遊艇作為高級娛樂耐用消費品在歐美有很大市場,由於我國魚類資源的減少、漁船雖發展緩慢,但復合材料特有的優點仍有發展的空間。
5、纖維復合材料基礎設施應用
國內外復合材料在橋梁、房屋、道路中的基礎應用廣泛,與傳統材料相比有很多優點,特別是在橋樑上和在房屋補強、隧道工程以及大型儲倉修補和加固中市場廣闊。
6、復合材料綜合處理與再生
重點發展物理回收(粉碎回收)、化學回收(熱裂解)和能量回收,加強技術路線、綜合處理技術研究,示範生產線建設,再生利用研究,大力拓展再生利用材料在石膏中的應用、在拉擠製品中的應用以及在SMC/BMC模壓製品中的應用和典型產品中的應用。
21世紀的高性能樹脂基復合材料技術是賦予復合材料自修復性、自分解性、自診斷性、自製功能等為一體的智能化材料。以開發高剛度、高強度、高濕熱環境下使用的復合材料為重點,構築材料、成型加工、設計、檢查一體化的材料系統。組織系統上將是聯盟和集團化,這將更充分的利用各方面的資源(技術資源、物質資源),緊密聯系各方面的優勢,以推動復合材料工業的進一步發展。
❺ 汽車中大量使用了哪些復合材料,
最廣泛的例子:發動機水箱採用了玻纖增強尼龍,還有富康車(兩廂)後備箱門採用了玻璃鋼。
❻ 復合材料有幾類主要應用是什麼
復合材料是一種混合物。復合材料按其組成分為金屬與金屬復合材料、非金屬與金屬復合材料、非金屬與非金屬復合材料。按其結構特點又分為:①纖維復合材料。將各種纖維增強體置於基體材料內復合而成。如纖維增強塑料、纖維增強金屬等。②夾層復合材料。由性質不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強度高、薄;芯材質輕、強度低,但具有一定剛度和厚度。分為實心夾層和蜂窩夾層兩種。③細粒復合材料。將硬質細粒均勻分布於基體中,如彌散強化合金、金屬陶瓷等。④混雜復合材料。由兩種或兩種以上增強相材料混雜於一種基體相材料中構成。與普通單增強相復合材料比,其沖擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高,並具有特殊的熱膨脹性能。分為層內混雜、層間混雜、夾芯混雜、層內/層間混雜和超混雜復合材料
復合材料的主要應用領域有:①航空航天領域。由於復合材料熱穩定性好,比強度、比剛度高,可用於製造飛機機翼和前機身、衛星天線及其支撐結構、太陽能電池翼和外殼、大型運載火箭的殼體、發動機殼體、太空梭結構件等。②汽車工業。由於復合材料具有特殊的振動阻尼特性,可減振和降低雜訊、抗疲勞性能好,損傷後易修理,便於整體成形,故可用於製造汽車車身、受力構件、傳動軸、發動機架及其內部構件。③化工、紡織和機械製造領域。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復合而成的材料,可用於製造化工設備、紡織機、造紙機、復印機、高速機床、精密儀器等。④醫學領域。碳纖維復合材料具有優異的力學性能和不吸收X射線特性,可用於製造醫用X光機和矯形支架等。碳纖維復合材料還具有生物組織相容性和血液相容性,生物環境下穩定性好,也用作生物醫學材料。此外,復合材料還用於製造體育運動器件和用作建築材料等。
❼ 汽車上常用的復合材料主要有哪些
現在在汽車中所使用的大部分結構材料仍然是以金屬為主,因為現在較為成熟的復合材料大都為纖維增強的樹脂基材料(FRP),這一類材料並不適合作為汽車這種對於結構力要求非常高的產品上。所以其實汽車中所使用到的復合材料不管是在在汽車重量百分比和種類上,都是比較少的。
一般類型的汽車所能使用到的復合材料的部件大約是如下幾種:1,輪胎,輪胎不完全是橡膠製成的,其中還包有鋼絲線或者鋼絲網;2,雨刮條,雨刮條為橡膠和金屬共擠出的材料,也屬於復合材料的一種;3,內飾件,也就是我們在汽車內部看到的大部分塑料件,比如煙灰盒,儲物箱等等,這一類的塑料件其實只用塑料製成也是可以,但是有一部分品牌的內飾件會在其中加入一部分短纖作以增強其強度;4,擋風玻璃,擋風玻璃本身就是玻纖-樹脂類的復合材料,同時有些擋風玻璃其中還加入了增強長纖維以保證其受到撞擊後不會碎裂。
以上為一般類型的汽車中能使用到的復合材料,種類並不是很多。
在高檔的跑車中,汽車的外板可能會使用碳纖維板來替代金屬板以減輕車體重量。這一類的碳纖維板也屬於碳纖維-樹脂復合材料。
基本上就是這些。
❽ 復合材料在汽車上有哪些用途
以下是目前已應用在汽車方面的復合材料列舉:
1.車身上用CFRP的總概況
碳纖維復合材料的輕量化結構,首先在跑車的車身上開始應用,後來所有小批量OEM廠商生產的產品中都會採用這種大量使用碳纖維復合材料的輕量化方案。碳纖維復合材料的加工是一種手工加工工藝,且由於周期時間長,材料昂貴,因此多用於賽車、跑車或研究。
2.連續纖維增強熱塑性復合材料在汽車零部件上的應用實例
歐寶Astra OPC座椅底板、奧迪A8後座外殼、座椅靠背骨架、越野車後座、前端模塊嵌件、輕量化A柱、SUV前端支撐、車門基板、兒童座椅頭枕、發動機底盤、懸架控制臂、汽車懸掛系統、全塑料剎車踏板、側門防撞梁、消聲罩、車輪觳插片等。
碳纖維在汽車部件中的應用案例和減重
汽車輕量化是汽車節能減排的重要途徑之一,復合材料,尤其是碳纖維復合材料以它的低密度、高性能、抗腐蝕等諸多優勢而越來越受到汽車業的青睞,特別是新能源汽車(電動汽車和混合動力汽車等),較重的動力電池使車輛的整備質量與傳統汽油車相比,超重達10%以上,因此,對新能源汽車而言,汽車輕量化更為重要,當然碳纖維復合材料的成本高、製作周期長等對於汽車工業來說還是劣勢,也是目前不能廣泛應用在汽車上的主因,但隨著技術的進步,在汽車上的應用也會越來越廣。
以上就是我的回答,希望可以幫到你,望採納謝謝!
❾ 汽車中用到哪些復合材料
汽車零部件主要分內外飾兩個大類,不同的零部件所用的材料不同,總體來說PP會佔到整車的70-80%,主要是以填充 ,增強,免噴塗,微發泡,金屬色等,另還有PA6,PA66,PC/ABS,ABS,POM等,特種塑料還有碳纖PA66,PMMA/ASA,PPS,PEEK等,用量相對較少。國內的塑料企業做的比較全的有金發,普利特,五行,錦湖日麗等。