复合材料在我国的发展和应用

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复合材料 由基体和增 强体 两种 材料组合而成 的材料 。两种材料在性 能上各发挥其优点 ，从而产生协同效应 ，使复合材料的综合性 能优于原组 成单-材料 ，从而扩大复合材 料的应用范 围 。复合材料通 常有纤维 复合材 料 、夹层 复合材 料 、细粒 复合材料 、混杂 复合材料以 及为满足航空 航天等尖端技术所研 制的先进复合材料 。

早在远古时期 ，我 国祖先就以麻 、稻草及木料 等材 料制做兵 器 ，这些早期 兵器的制作材料 即为我国早期 的复合材料 。复合材料在新 中国的发展 历程以十-届三中全会 为界可分 为以下两个 阶段 ：在十 -届三中全 会之前 ，致 力以国防军 工；之后 ，我国生 产社 会化 。因复 合材料 比重小 、比强 度大 、加 工成型较方 便 ，比模量较大 ，在我国各行业 领域 中得到广泛 的应 用 ，主要应 用于汽车、航 空航天 、电子电气、建筑等领域 ，在近几年更是 得到了迅猛发展 。

随着我 国科技 的发展 ，复合 材料相关技术不断进 步 ，各生产 厂家的制 造能力也都有很大 的提高 ，使 复合材料的价格 大大降低，但其强度仍无法和金属 的强度相 比。

因此，在此基础上又研发出碳纤维 、硼纤维等 增强复合 材料 ，使的高 分子复 合材 料家族更加齐备 ，已作为众多产业的必备材料 。

1 复合材料的主要应用领域1.1航空航天领域因复 合材料 热稳定性 好 ，比强度 与比刚度较 高等特 点 ，可用其制 造飞机的机 翼和前机身的卫星天线以及这些部件 的支撑结构；另外 ，很多其他的航空用零部件 结构都用复合材 料制造 。

1.2汽车工业复合材料 特殊 的振动 阻尼特性 ，可 以减振 和降低噪音 ，另外 ，复合材料具有优 良的抗疲劳特性 ，且损伤后极易修 复修理 ，生产时便干整体 成形 ，因此常 用其制造 汽车车 身及其受 力构件与 传动轴 、汽车 发动机架及 其 内部结 构件 。由于汽车制造满 足力学要 求的前提 下越轻越好 ，使得新型 复合材料将 被广泛应用到汽车 制造业 中。

1.3医学领域复合材料 家族 中的碳 纤维 ，具有 不吸收X射线的特性以及优 良的力学性能 ，通常用碳纤维制造医用X光机及矫形支架等。同时 ，碳纤维还具有血液与生物组织相容性 ，因此，碳纤维在生物环境下稳定性较好 ，可用于 生 物医 学材料 及 制造 体育运 动 器件等 。

1.4 化工、纺织和机械制造领域因碳纤 维具 有 良好 的耐腐 蚀性 ，由碳纤维与树脂基体复合而成的复合材料可用于制造纺织机 、复愈 、造纸机 、精 密仪器及各类化工设备等 。

2 复合材料的发展和应用2.1树脂基复合材料的增强材料树脂基复合材料用增强材料通 常包括以下几种 。

2.1.1玻璃纤维高性能复合材料 的玻璃纤维 目前主要有高强度、高硅氧及石英玻璃纤维等。高强度 玻璃 纤维因具有 较高的性价 比 ，近几年得 到较 快的增长速 度。其不仅在军 用方面得到较好 的应用 ，而且 在民用产 品如防弹服与头 盔、高压压 力容器及各类耐 高温制品与体 育用品等也有较 广泛的应 用。高硅氧和石 英玻璃纤维具有 耐高温特性 ，是较理想的耐火 材料 ，主要应 用为火箭 与导 弹的防热 材料 。

2.1.2碳纤维碳纤维具 有上 述- 系列优 点 ，在航空航天领 域及运动器具和体育用品领 域得 到广泛的应用 。我国生产 的碳 纤维因其性能不太稳定 ，性价 比较低 ，与世界先进水平还存 在差距。

2.1.3超高分 子量 聚乙烯纤维超高分子量聚乙烯纤维的抗蚀性与抗老化性较 高 ，并具有 良好的耐海水 腐蚀性和高频声纳透过性 。在军事领域及汽车 、医疗器械 、船 舶、体育器材等领域具有较好的应用前景 。

2.1.4芳纶纤维芳 纶 纤维 发 热 比强 度及 比模量 都 很高 ，已被广 泛应用在汽车 及航空航 天领域的复合材料零 部件 、耐热运 输带及体 育器材等领域 。

2.1.5热固性 树脂基复合材料热固性树脂基复合材料是指以热 固性树 脂与增强材料 制成 的复合材料 。乙烯基酯树脂为-种新型热固性树脂，其具有耐腐蚀 与耐溶剂性 的特 点 ，机械 强度高且延伸率较大，乙烯基酯树脂与塑料、金属及混凝土等材料的粘结性很好 ，且耐老化 ，耐疲劳 ，且 固化 收缩率低。广泛应 用于容器 、贮罐及管道等制作 中 。

2.2热塑性树脂基复合材料热塑性树脂基复合材料常用 的主要有以下三种 ：玻璃纤 维毡增强型 热塑性复合材料 、长纤维增 强粒 料与连续纤维 增强预浸带 。该类复合材料 因可 回收利用 具有较好 的应 用前景 。我 国生产的热 塑性 树脂基复合材料基体材料 主要采用PP、PA，而增强材料 则以玻璃纤维 为主 ，也有少量 采用碳纤维做增 强材料 。

高性 能热塑性树 脂基复合材料基体以PP、PA为主。以其生产的产品主要有管件、阀门、电器、轴承与汽车零件、模压制品 、座椅及汽车踏板等 。

云母 复合材料 因具有 高刚性 ，低收缩率、低密度 、低挠 曲性及 较低的价格 。广泛应用于制作各类仪表盘，护栏护罩等零部件，同时 ，云母复合材料具备阻尼性与屏蔽性 ，用其 可制 作音 响零件与蓄电池箱等 。

3 复合材料在我国发展的特点复合材料 在我 国发展潜 力很大 ，有以下特 点。

3.1复合材料有待创新随 着我 国对复合 材料的 重视 ，近 几年复合材料在我 国各行业的应用有较 大的发展 ，但 与发达 国家相比仍然差距较大。在 技术 、工艺及产 品发展与应用 方面仍需大 力创新 ，具体应 在以下几个 方面做 进-步 的发展与创新 ，如树 脂基 体、增强材料 、生产工艺与产品应用方面 。

3.2玻璃纤维的结构需调整玻璃 纤 维 在我 国主 要 是 用做 增 强基材 ，成本在全球 市场上具有优势 ，但 品种规格 和质量方面却 与先进国家差距 较大 ，须不断改进 与发展。

3.3 聚丙烯腈基纤维的发展虽然我 国碳纤维 工业发 展缓慢 ，但聚丙烯腈 基纤 维仍有发展的必要和空 间。

3.4 需要进-步开发能源与交通用复合材料市 场能源相关方 面 ，要大 力开发 清洁 与可再 生能源用复 合材料 ；同时要 着眼开发应用于汽车 、城市轨道交通 、民航客机及船艇等行业的复合材料 。

3.5 加大纤维复合材料基础设施应用复合材料 因具有其它材料无法 比拟的优点 ，近年来其在房屋、道路 与桥梁的基础应 用发展迅速 ，尤其在隧 道工程 、桥梁 、房(下转 1 33页)科技资讯 SCIENCE& TECHNOLOGY INFORMATION工 业 技 术 SClENCE＆TECHNOL0GY . 匿圆 品位TiO，82.85%，回收率53.11%。

2.2重选-强磁选-电选联合流程从理论 分析 ，难选 金红石 矿适 合流程为 ：重选- 强磁选- 电选工 艺流 程，相关单位进行 了洋试验研 究。该试验 重选采用分级重 选工艺 ，重选设 备采用离 子波 型摇床 ，试 验流程见 图1，试 验指标为磨矿细度38 m占80%时，精矿品位TiO，92.16% ，回收率65.26%。

2.3存在的问题(1)本 次研 究的金 红石 矿原矿 品位较低，洋比大 ，洋 生产成本较高 ，仅进行了实验 室试验研 究 ，没有考虑研究 成果工业化应 用的市驰值 。

(2)该矿 堪布粒度属 微细粒级 ，以往 的研究成果均采用直接 磨矿 至洋工艺需要的单体解 离 ，比如 重选工艺磨矿粒 度达到37 m，磨矿成 本很高 。

(3)采用浮选工艺对原矿进 行全粒级浮选 ，浮选时原矿量 很大 ，药剂消耗量大 ，生产成本高 。

(4)采用重选试验设备为非 工业化应用的离子波型摇床 ，根据生产经验 ，重选洋粒度下限为74 m(-200目)占8O%，而实验室采用的摇床洋粒度甚至达到了19 m，其试验结果工业化推广 可能性 校(5)采用 电选工艺作为精选作业对原矿粒度要 求严格 ，根 据工业电漾 生产实践表 明，工业 电漾 在给矿粒 度37m以下时 ，洋 效果 极差 ，因此 ，以往研 究中采用的 电选 工艺在 工业 应 用上存 在较 大 的问题 。

综 上所述 ，以往针 对难选 金红石 矿进行的研 究成果以实验 室研 究为主 ，其研究的成果 工业 化推广难 度大，而且成果 工业化应用加工 成本过高 ，可能导致研究 成果无法市朝 。

3 新工艺试验研究3.1新工艺技术路线(1)因该金 红石矿 品位 低 ，如果要降低生产成 本必须进行 提前抛尾 ，结合该矿 的嵌布特 点 、各个粒级 的单体解 离情 况以及各矿物 的特性分析 后认为 ，该矿适 合采用重选 抛尾 。

(2)根据矿物 组成可知 ，该 矿中含有钛赤铁矿、赤褐铁矿等铁矿物 ，这些矿物采用重勋进 入金红石矿物 中 ，需要通过 强磁选分离 出铁矿 物。在分离 出的铁矿物通过精焉以得到 赤褐铁精矿 的副产 品 ，从而提高该矿的综合利润 。

(3)针对微细馏干式 电选工业实施 不可行的问题 ，新 工艺采用浮选 工艺进行 金红石精 选，从而得 到最终的金红石产 品。

3.2新工艺流程试验通过对矿 石性 质、原矿 工艺特 性的研究，结合以往对难 佯红石矿 研究存在 的问题，从工业化是否具有操作性的角度出发 ，本次研究工艺流程为 ：重选- 反强磁-浮选联合流程 。其试验工艺路线为：螺旋抛尾～摇床粗精选- 反强磁选除铁-铁矿物经过强磁 、摇 床重选得 到赤 铁精矿- 除铁后粗精矿 经过浮选 、强磁最终得到 金红 石精矿。新工艺流程 见图2。对新工艺流程分别进行 了螺旋 抛尾磨矿细度 条件试验 、强磁条件试验 、浮选药剂条件 试验以及浮选流程 闭路试验。通过 各个 条件试验 ，最后进行 扩大连选试验 ，新工艺连 选扩 大试验结果见表3。

3.3新工艺流程试验评价(1)新工 艺从 工业化应用 角度 出发 ，采用 了低 成本洋 工艺 ，同时对金 红石矿 中表 3 新工艺流程试验结果产品 产率/% 品位/% 回收率/%金红石精矿 1.33 86.55 43.28(钛)赤铁精矿 6.52 9.36 22.94尾矿 92.15 0.98 33.78原矿 l0o.oo 2.66 1O0.00注 ：(钛)赤铁精矿 中TFe含量56.09%；螺旋抛尾细度74 m 70%占左右 。

(上接 1 31页)屋等 基础设施的修补与加固 中应用 前景 良好 。

3.6 复合材料综合处理与再生技术需大力发 展我国应 着重发 展物理 回收 、化学 回收和能量回收技 术。在大飞机开发领域 ，扩大飞机 用复合材料 的使用比例 ；加 大复合材料在 民用方面的应用 ；大力发展特殊 环境用 复合材料 ，如需经 受温度 变化 、海水 腐蚀 、压力和 冲击的材料 ；同时要 引入纳米材料 与多功 能材料及结构。

钛赤铁矿进 行 了综合 回收利 用 ，旧能提高该矿的综合经济价值 。

(2)新工艺流程 采用螺选粗粒抛尾 ，大幅度降低 了洋加 工成本 ，使该矿 的工业化利用开发成为可能 。

(3)新流程采用浮选取代干式电选作为精选 工艺 ，能够有效 避免微细粒 电选 工业化利 用的难题 ，给该 矿 日后的开发 奠定 了基础 。

(4)通过 对新 流程扩 大连选 试验 的研究 ，使难 佯红石矿 工业 化利用的研 究更接近生产 ，试验达到预 期的研究结果 。

4 结语(1)根据矿物嵌 布特性及组成研 究 ，该金红石矿 属低 品位微细粒难 洋石 ，尽 管以往对该矿有 相关研究 ，但其 研究的工艺流程工业实施难度大 。

(2)根据新工艺流程扩大连选试验研 究表 明：通 过重选- 强磁-浮选 ”工艺能够对该矿进行有效 回收 ，试验得 到TiO，品位86.55%、回收率为43.28%的金红石精矿 ；同时得到6.52%的(钛)赤铁精矿 ，其中TFe含量56.O9%，TiO 为9.36%，TiO，回收率22.94% ；扩 大连选试 验TiO，总 回收率 为66.22%。其研究为国内同类型的难佯红石矿工业化 开发利用奠定 了基础 。