环氧树脂/碳纤维复合材料的成型工艺与应用(下)

目前星载天线的结构材料已被CF复合材料一统天下。地面各种口径的毫米波、亚毫米波的高精度、高稳定性CF复合材料抛物面天线已在工业发达成功应用。CF复合材料及其应用技术的研究已引起高精度抛物CF复合材料天线结构设计及成型工艺的一场变革。电子工业部第三十九研究所研制了低膨胀、高居里温度的精密合金模具材料和中温固化EP体系,并采用铺层设计和转移法金属化技术,终研制出口径为1000mm,型面精度达到0.131mm的高精度、薄板式EP/CF复合材料抛物面天线。西北电子设备研究所选择了具有高比刚性、高比强度、低线胀系数的EP/CF复合材料,用手工铺层、热压罐成型的工艺方法制得了EP/CF复合材料卫星天线肋条。经检测表明,肋条达到设计要求,并将应用于某星载通信天线系统。
    3.5 接骨板
    骨折愈合是一个极其复杂的生物学过程,在影响骨折愈合的多种因素中,以骨折局部力学环境和血液供应为重要。接骨板内固定是治疗四肢长骨骨折的重要手段之一,但接骨板的植入势必会引起骨折环境中的生物学反应,扰乱骨折愈合所必需的生物学环境。因此,接骨板对骨折局部血供和力学环境的影响成为衡量接骨板质量及设计是否合理等的重要参数。如何既保证骨折段稳定,又能使骨折端承受一定的应力刺激,同时尽可能减少接骨板植入对骨折局部血供的损害,一直是人们针对接骨板内固定研究和探索的热点。多年来,学者们围绕上述两方面对接骨板的材料、生物相容性、刚度、设计等进行了许多新的探索和尝试,并将一些成功的结果应用于临床,收到了满意的效果。
    接骨板固定后,在固定骨段发生骨量丧失和骨结构紊乱及骨力学性能下降的原因,目前看法尚不统一,可以归纳为3种:一是应力遮挡,即由于钢板弹性模量明显高于骨质,使内固定段骨长期得不到生理应力刺激而发生骨结构改变;二是血运破坏,包括钢板压迫手术致软组织骨膜损伤;三是预应力,即在钢板螺钉固定后,骨内产生与骨干长轴方向不同的应力。但不论哪种理论,均与钢板的刚性,钢板与骨干表面的接触面积和固定时间有关。采用EP/CF接骨板具有与骨弹性模量相似的特点,骨折固定后可以在骨折端产生微量活动,以刺激周围骨痂形成使骨折得到坚强的Ⅱ期愈合。
    3.6 风电叶片
    洁净能源是全关心的问题,风力发电则是重要的洁净能源之一。据估计2020年发电总量中,风力发电要占12%。风力发电进展迅速,这也为用于风力发电装置的复合材料提供了广阔市场。
    风力发电装置关键、核心的部分是转子叶片,叶片的设计及其采用的材料决定着风力发电装置的性能和功率,也决定着其电力成本及价格。复合材料在风力发电上的应用,实际上主要是在风力发电转子叶片上的应用。风力发电转子叶片占风力发电整个装置成本的15%-20%,制造叶片的材料、工艺对其成本有决定性影响。因此,材料的选择、制备工艺的优化对风力发电转子叶片十分重要。风力发电转子叶片材料根据叶片长度不同而选用不同的复合材料,目前普遍采用的是聚酯树脂/GF、EP/GF和EP/CF。随叶片长度的增加,要求提高材料的性能,以减轻叶片的质量。同样是34m长的叶片,采用EP/CF比用聚酯树脂/GF质量降低34%。因此,叶片材料发展的趋势是采用EP/纤维复合材料,特别是随功率的增大、叶片长度的增加,更要求采用EP/CF复合材料。由于风力发电单位成本随风力发电的单机功率的增大而降低,目前风力发电进一步向大功率、长叶片方向发展,除了要求提高材料的性能,对转子叶片也不断提出更新设计要求,进而又对材料提出新要求。因此,EP/CF复合材料在风力发电上的应用必将不断扩大。
    3.7 导电复合材料
    导电材料由电绝缘性能较好的合成树脂和具有优良导电性能的填料及其它添加剂通过混炼造粒,并采用注射成型、挤压成型等方法制得。其具有防止带电、除去静电等用途,广泛用于半导体材料、抗静电材料、导电性材料等领域。其分为结构型和填充型两种导电材料。填充型导电材料因加工简单、成本低而得以迅速发展。
    CF与其它导电填料相比,具有密度小、力学性能好、导电性能持久等优点。CF的电磁屏蔽性能主要源于自身良好的导电性,其电导率随热处理温度的升高而增大,因此高温处理下得到的CF的导电率已逐步接近导体,具有较高的电磁屏蔽性能,如经高温处理后的PAN/EP/CF复合材料在频率500MHz时其屏蔽效果可达37dB。
    4 结语
    性能优异的EP/CF复合材料已经获得了广泛的应用。随着CF制备技术、CF表面处理技术的进一步发展以及EP制备工艺和固化技术的迅速发展,EP/CF复合材料的综合性能还将会得到提高。随着EP/CF成型新工艺的不断研究和开发,采用环保、简便、快捷且价廉的成型工艺,生产性价比更高的EP/CF制品,将会极大地推动EP?CF复合材料的发展,并有效地拓宽EP/CF复合材料的应用领域。