什么是復(fù)合材料：
　　復(fù)合材料(Composite materials)百睹，是由兩種或兩種以上不同性質(zhì)的材料檐什，通過物理或化學(xué)的方法漾峡，在宏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鄙陡，產(chǎn)生協(xié)同效應(yīng)冕房，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柔吼。金屬基體常用的有鋁毒费、鎂、銅愈魏、鈦及其合金觅玻。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠培漏、陶瓷溪厘、石墨胡本、碳等。增強材料主要有玻璃纖維畸悬、碳纖維粮锻、硼纖維、芳綸纖維蒂拯、碳化硅纖維刃拼、石棉纖維、晶須任肯、金屬絲和硬質(zhì)細粒等额晶。

　　復(fù)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(fù)合而成绿窿。20世紀40年代豌挫，因航空工業(yè)的需要，發(fā)展了玻璃纖維增強塑料（俗稱玻璃鋼）纹轩，從此出現(xiàn)了復(fù)合材料這一名稱泄艘。50年代以后，陸續(xù)發(fā)展了碳纖維缅科、石墨纖維和硼纖維等高強度和高模量纖維宗商。70年代出現(xiàn)了芳綸纖維和碳化硅纖維。這些高強度耗跛、高模量纖維能與合成樹脂柠横、碳、石墨课兄、陶瓷、橡膠等非金屬基體或鋁晨继、鎂烟阐、鈦等金屬基體復(fù)合，構(gòu)成各具特色的復(fù)合材料紊扬。

　　復(fù)合材料是一種混合物蜒茄。在很多領(lǐng)域都發(fā)揮了很大的作用，代替了很多傳統(tǒng)的材料餐屎。復(fù)合材料按其組成分為金屬與金屬復(fù)合材料檀葛、非金屬與金屬復(fù)合材料、非金屬與非金屬復(fù)合材料腹缩。按其結(jié)構(gòu)特點又分為：①纖維復(fù)合材料屿聋。將各種纖維增強體置于基體材料內(nèi)復(fù)合而成。如纖維增強塑料藏鹊、纖維增強金屬等润讥。②夾層復(fù)合材料碎师。由性質(zhì)不同的表面材料和芯材組合而成。通常面材強度高跛脾、迸；芯材質(zhì)輕癣跟、強度低用噪，但具有一定剛度和厚度。分為實心夾層和蜂窩夾層兩種景顷。③細粒復(fù)合材料誓籽。將硬質(zhì)細粒均勻分布于基體中，如彌散強化合金棘扯、金屬陶瓷等凸脚。④混雜復(fù)合材料。由兩種或兩種以上增強相材料混雜于一種基體相材料中構(gòu)成肤币。與普通單增強相復(fù)合材料比裂更，其沖擊強度、疲勞強度和斷裂韌性顯著提高夏哭，并具有特殊的熱膨脹性能检柬。分為層內(nèi)混雜、層間混雜竖配、夾芯混雜何址、層內(nèi)/層間混雜和超混雜復(fù)合材料。 　　60年代进胯，為滿足航空航天等尖端技術(shù)所用材料的需要用爪，先后研制和生產(chǎn)了以高性能纖維（如碳纖維、硼纖維胁镐、芳綸纖維偎血、碳化硅纖維等）為增強材料的復(fù)合材料，其比強度大于4×106厘米（cm）盯漂，比模量大于4×108cm颇玷。為了與第一代玻璃纖維增強樹脂復(fù)合材料相區(qū)別，將這種復(fù)合材料稱為先進復(fù)合材料就缆。按基體材料不同帖渠，先進復(fù)合材料分為樹脂基、金屬基和陶瓷基復(fù)合材料资担。其使用溫度分別達250～350℃旬效、350～1200℃和1200℃以上。先進復(fù)合材料除作為結(jié)構(gòu)材料外踱孕，還可用作功能材料学岔，如梯度復(fù)合材料(材料的化學(xué)和結(jié)晶學(xué)組成咪朴、結(jié)構(gòu)、空隙等在空間連續(xù)梯變的功能復(fù)合材料)师赂、機敏復(fù)合材料（具有感覺蘑瓢、處理和執(zhí)行功能，能適應(yīng)環(huán)境變化的功能復(fù)合材料）镶悟、仿生復(fù)合材料梦铭、隱身復(fù)合材料等。

　　復(fù)合材料中以纖維增強材料應(yīng)用最廣辙哪、用量最大垦祭。其特點是比重小、比強度和比模量大沽澜。例如碳纖維與環(huán)氧樹脂復(fù)合的材料籍胯，其比強度和比模量均比鋼和鋁合金大數(shù)倍，還具有優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性离福、減摩耐磨杖狼、自潤滑、耐熱妖爷、耐疲勞蝶涩、耐蠕變、消聲絮识、電絕緣等性能绿聘。石墨纖維與樹脂復(fù)合可得到膨脹系數(shù)幾乎等于零的材料。纖維增強材料的另一個特點是各向異性次舌，因此可按制件不同部位的強度要求設(shè)計纖維的排列熄攘。以碳纖維和碳化硅纖維增強的鋁基復(fù)合材料，在500℃時仍能保持足夠的強度和模量彼念。碳化硅纖維與鈦復(fù)合鲜屏，不但鈦的耐熱性提高，且耐磨損国拇，可用作發(fā)動機風(fēng)扇葉片。碳化硅纖維與陶瓷復(fù)合郭宪，使用溫度可達1500℃燃灿，比超合金渦輪葉片的使用溫度（1100℃）高得多。碳纖維增強碳息扶、石墨纖維增強碳或石墨纖維增強石墨敦璧，構(gòu)成耐燒蝕材料，已用于航天器纫脚、火箭導(dǎo)彈和原子能反應(yīng)堆中钻琴。非金屬基復(fù)合材料由于密度小眶逐，用于汽車和飛機可減輕重量、提高速度堕圾、節(jié)約能源洗吉。用碳纖維和玻璃纖維混合制成的復(fù)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谁昵。

　　我國復(fù)合材料的發(fā)展?jié)摿蜔狳c
　　我國復(fù)合材料發(fā)展?jié)摿艽蟀毺幚砗靡韵聼狳c問題。
　　復(fù)合材料創(chuàng)新
　　復(fù)合材料創(chuàng)新包括復(fù)合材料的技術(shù)發(fā)展夭寺、復(fù)合材料的工藝發(fā)展凛驮、復(fù)合材料的產(chǎn)品發(fā)展和復(fù)合材料的應(yīng)用，具體要抓住樹脂基體發(fā)展創(chuàng)新条辟、增強材料發(fā)展創(chuàng)新黔夭、生產(chǎn)工藝發(fā)展創(chuàng)新和產(chǎn)品應(yīng)用發(fā)展創(chuàng)新。到2007年羽嫡，亞洲占世界復(fù)合材料總銷售量的比例將從18%增加到25%本姥，目前亞洲人均消費量僅為0.29kg，而美國為6.8kg厂僧，亞洲地區(qū)具有極大的增長潛力扣草。
　　聚丙烯腈基纖維發(fā)展
　　我國碳纖維工業(yè)發(fā)展緩慢，從CF發(fā)展回顧颜屠、特點辰妙、國內(nèi)碳纖維發(fā)展過程、中國PAN基CF市場概況甫窟、特點密浑、“十五”科技攻關(guān)情況看，發(fā)展聚丙烯腈基纖維既有需要也有可能粗井。

　　應(yīng)用領(lǐng)域
　　復(fù)合材料的主要應(yīng)用領(lǐng)域有：①航空航天領(lǐng)域秤暮。由于復(fù)合材料熱穩(wěn)定性好，比強度趁吭、比剛度高歧织，可用于制造飛機機翼和前機身、衛(wèi)星天線及其支撐結(jié)構(gòu)咖杉、太陽能電池翼和外殼地混、大型運載火箭的  verton復(fù)合材料殼體、發(fā)動機殼體句担、航天飛機結(jié)構(gòu)件等庆牵。②汽車工業(yè)。由于復(fù)合材料具有特殊的振動阻尼特性青蝗，可減振和降低噪聲遏填、抗疲勞性能好配评，損傷后易修理，便于整體成形氛赞，故可用于制造汽車車身再拴、受力構(gòu)件、傳動軸椿疗、發(fā)動機架及其內(nèi)部構(gòu)件漏峰。③化工、紡織和機械制造領(lǐng)域届榄。有良好耐蝕性的碳纖維與樹脂基體復(fù)合而成的材料浅乔，可用于制造化工設(shè)備、紡織機铝条、造紙機靖苇、復(fù)印機、高速機床班缰、精密儀器等贤壁。④醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。碳纖維復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和不吸收X射線特性埠忘，可用于制造醫(yī)用X光機和矯形支架等脾拆。碳纖維復(fù)合材料還具有生物組織相容性和血液相容性，生物環(huán)境下穩(wěn)定性好莹妒，也用作生物醫(yī)學(xué)材料名船。此外，復(fù)合材料還用于制造體育運動器件和用作建筑材料等追祈。

　　復(fù)合材料的發(fā)展和應(yīng)用　　
　　復(fù)合材料是指由兩種或兩種以上不同物質(zhì)以不同方式組合而成的材料返乏，它可以發(fā)揮各種材料的優(yōu)點，克服單一材料的缺陷俐番，擴大材料的應(yīng)用范圍香诽。由于復(fù)合材料具有重量輕、強度高撇熬、加工成型方便庐丁、彈性優(yōu)良、耐化學(xué)腐蝕和耐候性好等特點烧已，已逐步取代木材及金屬合金榨凭，廣泛應(yīng)用于航空航天、汽車筑落、電子電氣、建筑穷抹、健身器材等領(lǐng)域摸悲，在近幾年更是得到了飛速發(fā)展梳附。 　　
　　隨著科技的發(fā)展，樹脂與玻璃纖維在技術(shù)上不斷進步述雾，生產(chǎn)廠家的制造能力普遍提高街州，使得玻纖增強復(fù)合材料的價格成本已被許多行業(yè)接受，但玻纖增強復(fù)合材料的強度尚不足以和金屬匹敵玻孟。因此唆缴，碳纖維、硼纖維等增強復(fù)合材料相繼問世黍翎，使高分子復(fù)合材料家族更加完備面徽，已經(jīng)成為眾多產(chǎn)業(yè)的必備材料。目前全世界復(fù)合材料的年產(chǎn)量已達550多萬噸匣掸，年產(chǎn)值達1300億美元以上趟紊，若將歐、美的軍事航空航天的高價值產(chǎn)品計入碰酝，其產(chǎn)值將更為驚人霎匈。從全球范圍看，世界復(fù)合材料的生產(chǎn)主要集中在歐美和東亞地區(qū)送爸。近幾年歐美復(fù)合材料產(chǎn)需均持續(xù)增長铛嘱，而亞洲的日本則因經(jīng)濟不景氣，發(fā)展較為緩慢窗蠕，但中國尤其是中國內(nèi)地的市場發(fā)展迅速波烘。據(jù)世界主要復(fù)合材料生產(chǎn)商PPG公司統(tǒng)計，2000年歐洲的復(fù)合材料全球占有率約為32%纽宇，年產(chǎn)量約200萬噸菲组。與此同時，美國復(fù)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倍魁嚼，達到4%~6%庭匆。2000年，美國復(fù)合材料的年產(chǎn)量達170萬噸左右舌肝。特別是汽車用復(fù)合材料的迅速增加使得美國汽車在全球市場上重新崛起渗骆。亞洲近幾年復(fù)合材料的發(fā)展情況與政治經(jīng)濟的整體變化密切相關(guān)，各國的占有率變化很大页更∠踔穑總體而言，亞洲的復(fù)合材料仍將繼續(xù)增長锹嫌，2000年的總產(chǎn)量約為145萬噸足蹋，預(yù)計2005年總產(chǎn)量將達180萬噸。
　　從應(yīng)用上看，復(fù)合材料在美國和歐洲主要用于航空航天邻邮、汽車等行業(yè)竣况。2000年美國汽車零件的復(fù)合材料用量達14.8萬噸，歐洲汽車復(fù)合材料用量到2003年估計可達10.5萬噸筒严。而在日本丹泉，復(fù)合材料主要用于住宅建設(shè)，如衛(wèi)浴設(shè)備等鸭蛙，此類產(chǎn)品在2000年的用量達7.5萬噸摹恨，汽車等領(lǐng)域的用量僅為2.4萬噸。不過從全球范圍看娶视，汽車工業(yè)是復(fù)合材料最大的用戶晒哄，今后發(fā)展?jié)摿θ允志薮螅壳斑€有許多新技術(shù)正在開發(fā)中歇万。例如揩晴，為降低發(fā)動機噪聲，增加轎車的舒適性贪磺，正著力開發(fā)兩層冷軋板間粘附熱塑性樹脂的減振鋼板擂奇；為滿足發(fā)動機向高速、增壓易颊、高負荷方向發(fā)展的要求拱削，發(fā)動機活塞、連桿除搞、軸瓦已開始應(yīng)用金屬基復(fù)合材料扎输。為滿足汽車輕量化要求，必將會有越來越多的新型復(fù)合材料將被應(yīng)用到汽車制造業(yè)中治东。與此同時准击，隨著近年來人們對環(huán)保問題的日益重視，高分子復(fù)合材料取代木材方面的應(yīng)用也得到了進一步推廣缔禾。例如胸立，用植物纖維與廢塑料加工而成的復(fù)合材料，在北美已被大量用作托盤和包裝箱像样，用以替代木制產(chǎn)品绷觉；而可降解復(fù)合材料也成為國內(nèi)外開發(fā)研究的重點。 　　
　　另外莫辨，納米技術(shù)逐漸引起人們的關(guān)注傲茄，納米復(fù)合材料的研究開發(fā)也成為新的熱點。以納米改性塑料沮榜，可使塑料的聚集態(tài)及結(jié)晶形態(tài)發(fā)生改變盘榨，從而使之具有新的性能，在克服傳統(tǒng)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草巡。

　　MAG復(fù)合材料引領(lǐng)飛機制造業(yè)的新時代
　　飛機制造業(yè)經(jīng)過25年的不懈發(fā)展磷斧，終于跨入了一個新紀元。軍用飛機已經(jīng)完成了從鋁材到復(fù)合材料的轉(zhuǎn)變捷犹，現(xiàn)在，商用飛機制造巨頭們也躊躇滿志冕末，迎接制造技術(shù)的革新萍歉。波音公司決定其新款機型787機身采用復(fù)合材料，開創(chuàng)商用飛機制造之先河档桃。這一技術(shù)變革勢必對飛機制造技術(shù)枪孩、方式及戰(zhàn)略帶來根本性的轉(zhuǎn)變！
　　鋁質(zhì)飛機在走過了80多年后藻肄，開始逐漸淡處人們的視線硝迁。自從二十世紀二十年代起，鋁材開始代替云杉等材質(zhì)用于飛機制造朝棉，截至到30年代中期锁龙，這種轉(zhuǎn)變基本徹底完成（Spruce Goose除外）。飛機制造從技工手工模式向機械化模式轉(zhuǎn)變沧牧，但是搭建工序依舊屬于勞動密集型腺拗。60多年來，鋁材成為軍用飛機和商用飛機制造的首選材料费赋。
　　現(xiàn)在困碰，鋁材的地位開始受到纖維（高強度碳纖維深入到環(huán)氧樹脂分子粒）的挑戰(zhàn)。八十年代末期九十年代初尽瑰，這種含有碳纖維的復(fù)合材料開始顯著的代替鋁材被用于飛機制造西龟。在軍用方面，這種轉(zhuǎn)變從鋁結(jié)構(gòu)上的某些復(fù)合材料零部件迅速轉(zhuǎn)變到整個飛機奠拢，真正的復(fù)合材料軍事飛機問世镣学。目前，這種轉(zhuǎn)變開始向商用飛機蔓延揖膜。
　　舊有的飛機裝配形式是將成千上萬的鋁質(zhì)部件用各種鉚釘連接固定起來誓沸，現(xiàn)在則只需完成大型的、預(yù)制的復(fù)合機身壹粟、機翼拜隧、機尾等幾大部件連接即可。這些結(jié)構(gòu)可以通過自動化的數(shù)控復(fù)合材料鋪帶機生產(chǎn)趁仙，而不是通過大量的裝配工將一件件的小零件手工拼接而成洪添。因此，整個飛機制造過程中所需制造、預(yù)訂干奢、跟蹤痊焊、處理、儲備等所有的零件數(shù)呈幾何級數(shù)下降忿峻。在性能方面薄啥，復(fù)合材料使得飛機更輕、操作效率更高逛尚、抗疲勞性更強垄惧。這種轉(zhuǎn)變?yōu)槟切┭杆俨杉{復(fù)合材料及有能力提供復(fù)合材料加工的廠商均提供了極佳的機會。
　　隨著Premier及Hawker使用鋁質(zhì)機翼街赊，波音公司決定實現(xiàn)跨越式轉(zhuǎn)變搜计，波音787使用復(fù)合材料以降低飛機重量、提高燃油效率娘介。這種可乘坐200~250人的飛機將成為“首個主體基本結(jié)構(gòu)采用先進的復(fù)合材料制造的商用飛機杉藐，包括機翼、機身”用载。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)可以顯著的減少零部件數(shù)量攒置、降低20%的飛機重量——Walt Gillette（Boeing vice  president of  Engineering, Manufacturing and Partner Alignment）
　　其他最近的商用飛機復(fù)合材料用量基本未10-25%，而波音飛機的用量將達到50%披蚕【粢校空客A380復(fù)材用量達23%，主要用于機尾及機身上其他不受力的部位时损。這種錐體結(jié)構(gòu)——4770mm長也您，兩端直徑分別為2550mm、400mm——由Cincinnati VIPER ? 3000纏繞系統(tǒng)生產(chǎn)脾膨。
　　波音公司注意到了全復(fù)合材料機身的功能性優(yōu)勢——可以是機窗更大愕炸、機艙內(nèi)的壓力變小而提高艙內(nèi)的濕度等。機身部分近6米寬幔嫂，可以使乘客獲得最高級的舒適度辆它。這個機身將由波音公司的合作伙伴通過MAG VIPER?纏繞系統(tǒng)生產(chǎn)。 
　　早期的復(fù)合材料飛機零部件均有手工鋪設(shè)履恩，使得飛機制造成為了緩慢的锰茉、多變的體力勞動，給航空業(yè)的發(fā)展蒙上了陰影切心。很顯然飒筑，飛機制造業(yè)急需自動化系統(tǒng)來增大產(chǎn)量，加強制造過程的可控制性绽昏，減少浪費协屡，降低成本俏脊。
　　機身部分及其他全曲面結(jié)構(gòu)可以由纏繞系統(tǒng)完成。那些彎曲度較小的伙食平面結(jié)構(gòu)肤晓，例如機翼板爷贫、副翼、垂尾及平尾蒙皮等补憾，均可由自動鋪帶機完成惯篇。
　　該自動鋪帶機可以將眾多的碳纖維精確的鋪設(shè)到旋轉(zhuǎn)的或靜止的模型上，精度可達±1.27mm忱厨。這種機床可以實現(xiàn)32條碳纖維獨立的被分配库忽、壓實、裝夾乡试、切割、再成型猾蔫，形成無褶皺的曲線吻蟹、曲面或混合曲平面。這種控制可以實現(xiàn)碳纖維在保證最佳角度的情況下交錯鋪設(shè)瀑乡，層層鋪設(shè)果邢，以使得零件的強度、硬度最大化橙挽，在保證重量最小化的同時獲得不同壁厚的零件辙恨。通過程序設(shè)計的開/關(guān)/切割工序可以生產(chǎn)各種開啟裝置（窗戶、門冶驴、艙口等）赡模，還可生產(chǎn)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的精邊。這種方式可以優(yōu)化結(jié)構(gòu)集成度师抄、降低35%的材料的浪費漓柑、減少后續(xù)加工需求及手工操作。
　　專門為復(fù)合材料加工設(shè)計的先進的控制及軟件叨吮，使得多軸運動的編程及控制非常簡易辆布，很方便的生產(chǎn)出復(fù)雜的造型。被授權(quán)的軟件可以將解析CAD工具及零部件信息到多軸指令中茶鉴。這樣就可以達到將復(fù)合材料應(yīng)用到曲面所需的路徑及刀具轉(zhuǎn)向锋玲，同時保證一個符合平面的混合型滾筒。通過一個3D模擬塊確保零件程序的整體性涵叮、實現(xiàn)自動防撞后處理監(jiān)測及校對功能惭蹂。
　　對于簡單的曲面及平面零件，可以選用曲面鋪帶機（CTL）和平面鋪帶機（FTL）割粮。MAG高/低導(dǎo)軌式自動鋪帶機剿干，可以分層次在平面蜂怎、曲面輪廓表面進行為3、6以及12英寸帶料的鋪覆加工置尔。該設(shè)備由PC機控制登彪，X軸方向每3.6米處X軸行程可增長12?，以增加X軸方向運動的柔性城搀，龍門寬度可調(diào)标狼，標準機型為200英寸。10個軸诞茶，其中五個至于龍門上纠徘，五個至于頭部，Z軸節(jié)拍可根據(jù)實際應(yīng)用進行適當?shù)恼{(diào)整哆幸，A軸位于帶料頭部暴雕，可實現(xiàn)曲面零件的鋪覆，橫梁導(dǎo)軌高度根據(jù)實際需要設(shè)定凫体。
　　MAG高/低導(dǎo)軌式自動鋪帶機主要包括兩種類型：4軸平面鋪帶機（FTL）及5軸曲面鋪帶機（CTL）豫鞭。平面鋪帶機可用于對平面、厚度可變的6?及12?帶料鋪覆加工卿俺，用戶主要為歐美飛機制造商鬓预。曲面鋪帶機可實現(xiàn)全曲面或局部曲面零件的鋪覆加工，該機型有兩種形式颜说，其中一種可實現(xiàn)尺寸分別為3?及6?帶料的同時鋪覆购岗，另一種可實現(xiàn)尺寸為6?及12?帶料的同時鋪覆。用戶遍布于美國门粪、歐洲各國喊积、日本、印尼等國家及地區(qū)玄妈。作為航空領(lǐng)域的排頭兵波音公司注服，已經(jīng)購置MAG自動鋪帶機逾20臺，主要用于軍事飛機措近、商用飛機的生產(chǎn)溶弟，其中1992年波音公司采用MAG自動鋪帶機生產(chǎn)波音777垂尾和平尾蒙皮〔t郑？湛凸纠闷矫婕扒孀詣愉亷C生產(chǎn)A330/A340尾翼蒙皮辜御，蒙皮長9米，寬2米屈张，重200Kg擒权。Nashville航空結(jié)構(gòu)公司利用自動鋪帶機生產(chǎn)空客A330/A340機翼外副翼，降低了70%人工時間讽益。
　　上述多軸自動化裝備正在通過飛機制造業(yè)的自動化改變著全球航空業(yè)的未來逊床！

（國際金屬加工網(wǎng)：呂夢然）

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