复合材料在设计中的应用

1、9.4 复合材料 在设计中的应用制作人：杨梦珂 杨苗 周群目录发展和应用主要应用领域 应用举例发展趋势和对未来设计的影响 发展与应用v目前全世界复合材料年产量已经达到550多万吨，年产值达1300亿美元以上v2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%6%。v2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。v亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。v复合材料在美国和

2、欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。v2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。v在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。应用领域复合材料1.航空航天领域：制造飞机机翼和前机身、卫星天线及其支撑结构、太阳能电池翼和外壳、大型运载火箭的 壳体、发动机壳体、航天飞机结构件等。2.汽车工业：制造汽车车身、受力构件、传动轴、发动机架及其内部构件。3.化工、纺织和机械制造领域：制造化工设备、纺织机、造纸机、复印机、高速机床、精密仪器等。4.医学领域：制造医用X光机

3、和矫形支架等。另外还用于制造体育运动器件和用作建筑材料等。应用举例航空航天电气工业建筑汽车工业农业生物材料体育运动氮化硅结构陶瓷被用作航天飞机的防热瓦 航空航天特点：热稳定性好，高强度，耐高温、高压美国B-2隐形轰炸机表面为具有良好吸波性能的碳纤维复合材料特点：重量轻、强度大、耐高温、抗疲劳的优点；还可间接改善飞行性能，降低雷达波反射。最大尺寸:每个叶片的重量为50吨.风力发电叶片特点：采用具有极高敏感度的信息传感材料，可高效率实现信息获取、转换。电气工业由光导纤维构成的光缆特点：体积小，生产成本低，传导速率快，物理敏感性能高Random 吊灯“苍鹭”台灯特点：采用高科技的玻璃纤维和环氧树脂材

4、料。纤薄的膜层会随机成卷。球的大小分为大中小三个尺寸。特点：灯体底座和灯臂采用经玻璃纤维增强的PA66制成，底座底部装有用聚碳酸酯塑料制成的小轮子，轮子上涂有硅橡胶，使灯具能在平面上平滑移动，反光灯罩采用高抛光铝材和耐热防护玻璃。VAIO G 系列笔记本电脑特点：采用多层全碳纤维材料和LED屏幕技术，机身设计轻薄但却坚韧。诺基亚8800 CA手机特点：外壳由碳纤维、钛合金、不锈钢等材料组成，屏幕则采用了超高强度玻璃材质。手机外观时尚简约经典，体现出清爽、典雅、奢华的效果。建筑玻璃纤维增强的聚合物基复合材料(玻璃钢)具有力学性能优异，隔热、隔声性能良好，吸水率低，耐腐蚀性能好和装饰性能好的特点，

5、因此，它是一种理想的建筑材料。在建筑上，玻璃钢被用作承力结构、围护结构、冷却塔、水箱、卫生洁具、门窗等。车站栏杆特点：采用塑木复合材料，其显著优势在于理化性能好、加工性能高，性价比好，且环保，无毒害，可回收。汽车工业invicta 超级跑车特点：采用单片碳纤维车壳，车壳与钢管空间车架底盘连接在一起，形成一个非常强壮、且质量非常轻的车身结构，扭曲刚度高，抵抗外力方面有着优异的特性。汽车储气罐农业蔬菜大棚特点：复合材料大棚骨架是多种化工原料机制而成，具有钢的质量。竹杆的韧性。又有塑料般的防水性能和柳条般的弯曲弧度。骨架坚固耐用，耐潮、耐腐蚀，抗老化。它较钢架不生锈。 生物材料高分子分离膜已被用来制

6、造高效家庭净水器 生物陶瓷 人工关节人工肾脏复合生物材料，有效解决材料的强度、韧性及生物相容性问题，目前研究较多的是：合金、碳纤维/高分子材料、无机材料 开发新型医用合金材料,生物适应性优良的Zr、Nb、Ta、Pd、Sn合金化元素被用于取代钛合金中有毒性的Al、V等，生物亲和性显著提高，,耐蚀及机械性能也有较大改善，在脊椎校正、断骨固定等方面有特殊的应用。 以纳米颗粒作为药物和基因转移载体，将药物、DNA和RNA等基因治疗分子包裹在纳米颗粒之中或吸附在其表面，同时也在颗粒表面耦联特异性的靶向分子，通过靶向分子与细胞表面特异性受体结合，在细胞摄取作用下进入细胞内，实现安全有效的靶向性药物和基因治

7、疗。 体育运动获得男子自行车公路赛冠军的德国著名车手乌尔里希的“坐骑”是用碳纤维环氧复合材料做的支架，质量仅7.5千克。发展趋势(1)降低成本由于复合材料的性能优于传统材料，如能降低复合材料的成本，其应用前景将是非常广阔的。(2)高性能复合材料的研制 高性能复合材料是指具有高强度、高模量、耐高温等特性的复合材料。随着人类向太空发展，航空航天工业对高性能复合材料的需求量越来越大，而且也会提出更高的性能要求，如更高的强度要求、更高的耐温要求等。(3)功能性复合材料 功能复合材料是指具有导电、超导、微波、摩擦、吸声、阻尼、烧蚀等功能的复合材料。(4)智能复合材料 智能复合材料是指具有感知、识别及处理能力的复合材料。在技术上是通过传感器、驱动器、控制器来实现复合材料的上述能力。(5)仿生复合材料复合材料的设计从常规设计向仿生设计发展。(6)环保型复合材料 从环境保护的角度看，目前的复合材料大多注重材料性能和加