热固性树脂基复合材料的应用

 热固性树脂基复合材料广泛应用于国民经济的各个领域。

1.1 热固性树脂基复合材料在国防、军工及航空航天领域中的应用

热固性树脂基复合材料以其典型的轻量特性、卓越的比强度、比模量、独特的耐烧蚀和隐蔽性、材料性能的可设计性、制备的灵活性和易加工性等受到军方青眯，在实现武器系统轻量化、快速反应能力、高威力、大射程、精确打击等方面起着巨大作用。

复合材料的发展为武器系统选材和产品设计奠定了坚实的基础，在兵器装备上获得了广泛应用，其应用技术取得了重大的突破，应用水平有了显著的提高。国外在导弹和火箭方面已完成了复合材料化、轻量化和小型化，并且正向新的、更高的水平前进，包括经济承受能力方面的低成本化。如前苏联的“赛格”反坦克导弹从外观上看实现了塑料化。它的主要复合材料结构件有:风帽、壳体、尾座、尾翼等。使用的材料为玻纤增强酚醛塑料，复合材料构件占总体零件数的75%。美国的“陶式”反坦克导弹、法国的“霍特”反坦克导弹、“阿皮拉斯”反坦克火箭弹的发射简，发动机壳体分别用玻纤增强环氧树脂和芳纶纤维增强环氧树脂制造。

随着我国复合材料技术和应用技术平水的提高，复合材料在兵器上的应用范围越来越大。如芳纶纤维增强复合材料已用于主战坦克的首上装甲和炮塔复合装甲:玻璃纤维增强复合材料用于反坦克导弹的战斗部壳体、尾翼座、发动机壳体以及火箭弹的喷管等。20世纪90年代复合材料在兵器上的应用进人了一个新时代，高强度玻纤增强树脂复合材料用于多管远程火箭弹和空对空导弹的结构材料与烧蚀-隔热材料，使金属喷管达到了塑料化，烧蚀-隔热-结构多功能化，实现了喷管收敛段、扩张段和尾翼架多部件一体化，大大减轻武器的质量，提高了战术性能，简化了工艺，降低了成本。

复合材料，特别是碳纤维复合材料等在航空航天器结构上已得到广泛的应用现已成为航空航天领域使用的四大结构材料之一。复合材料在航空航天上除主要作为结构材料外，在许多情况下还可具备各种功能性要求，如透波、隐身等。复合材料在航空航天领域中主要应用是在飞机、直升机的结构部件;地面雷达罩、机载雷达罩、舰载雷达罩以及车载雷达罩等;人造卫星、太空站和天地往返运输系统等方面。

1.2 热固性树脂基复合材料在建筑工业中的应用

建筑工业在国民经济中占有很重要的地位，不论是哪一个国家，建筑工业永远是国民经济的支柱产业之一。随着社会的进步，人们对居住面积、房屋质量和娱乐设施等提出越来越高的要求，这就是推动建筑工业改革发展的动力。建筑工业现代化的发展方向是:改善施工条件、加快建设进度、降低成本、提高质量、节约能源、减少运输、保护耕地、保护环境和提高技术经济效益等。为了达到此目的，必须从改普现有的建筑材料和发展新型建筑材料方向着手。在建筑工业中发展和使用热固性树脂基复合材料对减轻建筑物自重、提高建筑物的使用功能、改革建筑设计、加速施工进度、降低工程造价、提高经济效益等都十分有利，是实现建筑工业现代化的必要条件。随着建筑工业的迅速发展，复合材料越来越多地被用于建筑工程。

(1) 承载结构用作承载结构的复合材料建筑制品有:柱、架、梁、基体承重折板、屋面板、楼板等，这些复合材料构件主要用于化学腐蚀厂房的承重结构、高层建筑及全玻璃钢-复合材料楼房大板结构。

(2) 围护结构复合材料围护结构制品有各种波纹板、夹层结构板以及各种不同材料复合板、整体式和装配式折板结构和壳体结构。用作壳体结构的板材既是围护结构，又是承重结构。这些构件可用作工业及民用建筑的外墙板、隔墙板、防楼板、屋顶结构、遮阳板、天花板、薄壳结构和折板结构的组装构件。

(3) 采光制品透光建筑制品有透明波形板、半透明夹层结构板、整体式和组装式采光罩等，主要用于工业厂房、民用建筑、农业温室及大型公用建筑的天窗屋顶及围扩墙面采光等。

(4) 门窗装饰材料属于此类材料制品有门窗断面复合材料拉挤型材、平板浮雕板、复合板等，一般窗框型材用树脂玻璃钢;复合材料门窗防水、热、耐化学腐蚀;用于工业及民用建筑，装饰板用作墙裙、吊顶、大型浮雕等。

(5) 给排水工程材料市政建设中给水、排水及污水处理工程中已大量使用复合材料制品，如各种规格的给水玻璃钢管、高位水箱、化粪池、防腐排污管等。

(6) 卫生洁具材料属于此类产品的有浴盆、洗面盆、坐便盆以及各种整体组装式卫生间等，广泛用于各类建筑的卫生工程和各种卫生间。

(7)采暖通风材料属此类复合材料制品有冷却塔、管道、板材、栅板、风机、叶片及整体成型的采暖通风制品;工程上应用的中央空调系统中的通风橱、送风管、排气管、防腐风机罩等。

(8)高层楼房屋顶建筑如旋转餐厅屋盖、异形尖顶装饰屋盖、楼房加高、球形屋盖、屋顶花园、屋顶游泳池、广告牌和广告物等。

(9)特殊建筑大跨度飞机库、各种尺寸的冷库、活动房屋、岗亭、仿古建筑、移动剧院、透微波塔楼、屏蔽房、防腐车间、水工建筑、防浪堤、太阳能房、充气建筑等。

(10)其他复合材料在建筑中的其他用途还很多，如各种家具、马路上的井盖、公园和运动场坐椅、海滨浴场活动更衣室、公园仿古凉亭等。

1.3 热固性树脂基复合材料在化学工业中的应用

以树脂为基体的复合材料作为化学工业的耐腐蚀材料已有50余年历史，由于热固性树脂基复合材料比强度高、无电化学腐蚀现象、热导率低、良好的保温性能及电绝缘性能、制品内壁光滑、流体阻力小、维修方便、质量轻、吊装运输方便等优点，已广泛用于石油、化肥、制盐、制药、造纸、海水淡化、生物工程、环境工程及金属电镀等工业中。

(1)在环境保护领域中的应用，随着工业的发展，环境污染问题已成为当今世界令人关心的问题之一，许多国家投人巨大人力、物力，致力于环境保护工业这一新兴工业部门。

玻璃钢在给排水管道工程中已得到了广泛的应用，最近几年，越来越多的废水处理系统的管道用玻璃钢制造，一个基本原因就是废水的耐蚀介质的种类和耐腐蚀性能都在不断增加，这就要求使用耐蚀性能更好的材料，而腐蚀玻璃钢是满足这种需求的最好材料。

复合材料在环境保护方面的应用包括一般工业废气处理、油水处理、含毒物质污水处理、垃圾焚化处理及城市废水脱臭处理等。

(2)在高纯水和食品领域中的应用这是热固性树脂基复合材料应用的一个新领域。热固性树脂基复合材料优良的耐蚀性能意味着这种材料具有活泼、不污染的特性，理所当然地成为高度清洁物品如贮存高纯水、药品、酒、牛奶之类的可选用材料。

(3)在氨碱工业中的应用 氯碱工业是玻璃钢作耐腐蚀材料的最早应用领域之目前玻璃钢已成为氯碱工业主要材料。玻璃钢已用于各种管道系统、气体鼓风wms 机、热交换器外壳、盐水箱以及泵、池、地坪、板、格栅、把手、栏杆等建筑结

构上。同时，玻璃钢也开始进人化工行业的各个领域。

(4) 在造纸工业中的应用造纸工业以木材为原料，制纸过程中需要酸、盐漂白剂等，对金属有极强的腐蚀作用，惟有玻璃钢材料能抵抗这类恶劣环境，玻璃钢材料已在一些国家的纸浆生产中显现其优异的耐蚀性。

(5) (5)在金属表面处理工业中的应用金属表面处理厂所使用的酸大多为盐酸用坡璃钢基本上是没有问题的。

(6)火力发电火力发电以燃烧煤及燃烧油为主，发电厂中一般管道或废水处理设施均可采用玻璃钢，而排烟脱硫装置则为防蚀之重点。

(7)海水淡化海水淡化分为传统蒸馏及反渗透膜法，由于海水十分容易侵蚀铁质材料，故淡化厂内大部分的管道及容器均使用玻璃钢制品。

(8)温泉上的应用温泉的用途有发电及洗浴，从温泉的抽取到输送，均已大盘使用玻璃钢管。

(9)在医药工业上应用药品种类繁多，每种原料有所不同，但玻璃钢用于医

药工业受到青睐。(10)运输用途在槽车上使用玻璃钢，已证实比橡胶内村更为实用，例如在非100℃的纯盐酸的运输中，橡胶内衬已证实会因盐酸中的沉淀物而穿孔，玻璃钢则不会出现此问题。从众多实例中，已证实乙烯基树脂来制槽体或作内村是正确的选择。因乙烯基树脂除具备优良耐化学特性外，更提供良好的力学特性及耐疲劳性，以适应道路运输受力构件力学性能的要求。

1.4 热固性树脂基复合材料在交通运输与能源工业中的应用

热固性树脂基复合材料在交通运输工业方面的应用包括以下几个方面。

①基础设施中的公路安全设施、道路、桥梁及站场等。

②)汽车制造工业中的各种汽车配件，如车身外壳、传动轴、制动件及车内坐椅、地板等。

③摩托车和自行车制造工业中的车身构件、车轮等，

①铁路工业中的牵引机车，各种车辆(客车、货车、冷藏车、贮车等)

⑤铁路通讯设施。

⑥桥梁和道路建设及修补，

⑦各种制动件。

圆水上交通中的各种中小船身壳体

⑧大小船上舾装件，

⑨港口及航道设施。

①飞机制造工业中的各种复合材料制件，如桨叶、机翼、内部设施等

@围绕航空运输工业中的机场建设等。热固性树脂基复合材料在能源工业方面的应用包括以下几个方面。①火力发电工业方面的通风系统、排煤灰流管道、循环水冷却系统、屋顶轴流风机、电缆保护设施、电绝缘制品等。

②)水力发电工业中的电站建设，大坝和隧道中防冲、耐磨、防冻、耐腐蚀过水面的保护;阀门;发电和输电中的各种电绝缘制品等。

③在新能源方面，热固性树脂基复合材料风力发电机叶片、电杆及电绝缘制品等。

1.5 热固性树脂基复合材料在机械电器工业中的应用

热固性树脂基复合材料具有比强度高、比模量高、抗疲劳断裂性能好、可设计性强、结构尺寸稳定性好、耐磨、耐腐蚀、减振、降噪及绝缘性好等一系列优点，集结构承载和多功能于一身，可以在机械电器工业获得极其广泛的应用。机械设备如风机、泵、阀门、制冷机械、空压机、起重机械、运输机械、工程机械、汽车农用发动机、拖拉机、各类内燃机、农机具、畜牧机械、农业排灌机械、农副产品加工机械、收获机械、场上作业机械、机床、铸造设备、印刷机械、橡胶和塑料加工机械、石油钻井机械、矿山机械、电影机械及食品机械等，其中有很多设备的零部件既要求有一定强度和刚度以承载，又要求有耐磨、耐腐蚀、能减振和降噪等功能的零部件，传统上它们是由金属材料制造的，现在都可以采用热固性树脂基复合材料来制造，以获得更高的效益/成本比率。电气行业曾是复合材料应用最早的部门，也是用量最大的部门之一。热固性树脂基复合材料是优良的绝缘材料，用它制造仪器仪表、电机及各种电器中的附件，可以减轻自重和提高其可靠性、耐用性以延长其使用寿命。

1.6 热固性树脂基复合材料在电子工业中的应用

电子工业是近20年来迅速发展的高技术产业，电子功能材料是电子元器件和电子装备的基础和支撑，广泛应用在电子行业的各个领域。随着电子元器件制造技术的飞跃进步，电子产品正向小型轻量薄型化、高性能化、多功能化的方向发展，进而推动电子材料的不断进步。复合材料具有许多优异性能，如比强度高、比刚度大、抗疲劳性好、耐腐蚀、尺寸稳定、密度低以及独特的材料可设计性等。因此，自问世以来发展迅速，已广泛应用在电子工业上，用作结构件及结构功能件，赋予产品以轻质、高强度、高刚度、高尺寸精度等特性，提高了产品的技术指标，更好地适应了现代高科技的发展要求。虽然复合材料用作电子功能材料的应用研究起步较晚，但已成为电子产品不可缺少的关键材料，体现出其在电子装备中的优异性能和广阔前景。

用复合材料制作的电子功能材料种类很多，最具代表性的是印刷线路板基板材料。作为连接和支撑电子器件的印刷线路板，它应用在众多的电子产品中，是必不可少的部件。复合材料在电子工业中的另一大类应用是制作各种天线和馈线，包括反射面和天线罩，还有馈源、波导等高频部件，赋予诸多电子设备，特别是通讯收发设备、雷达等产品以军事技术战术指标。同时，利用有些复合材料的吸波性能，还可制成屏蔽材料和隐身材料。

1.7 热固性树脂基复合材料在医疗、体育、娱乐方面的应用

在生物复合材料中，复合材料可用于制造人工心脏、人工肺及人工血管等，用人造复合材料器官挽救生命的设想将成为现实。复合材料牙齿、复合材料骨骼及用于创伤外科的复合材料呼吸器、支架、假肢、人工肌肉、人工皮肤等均有成功事 例。

在医疗设备方面，主要有复合材料诊断装置、复合材料测量器材及复合材料拐杖、轮椅、搬运车和担架等。

复合材料体育用品种类很多。有水上体育用品，如复合材料皮艇、赛艇、划艇、帆船、帆板、冲浪板等;球类运动器材有网球拍、羽毛球拍及垒球棒、篮球架的篮板等;冰雪运动中有复合材料滑雪板、滑雪、雪、冰球棒等;跳高运动用的撑杆、射箭运动的弓和箭等也都选用复合材料代替传统的竹、木及金属材料。实践证明，很多体育用品改用复合材料制造后，大大地改善了其使用性能，有利于运动员创造出更好的成绩。

在娱乐设施中，复合材料已大量用于游乐车、游乐船、水上滑梯、速滑车、碰碰车、儿童滑梯等产品，这些产品充分发挥了玻璃钢质量轻、强度高、耐水、耐磨、耐撞、色泽鲜艳、产品美观及制造方便等特点。目前国内各大公园及各游乐场的娱乐设施都已基本上用玻璃钢代替了传统材料。

复合材料钓鱼竿是娱乐器材中的大宗产品，它主要分为玻璃钢钓鱼竿和碳纤维复合材料钓鱼竿两类。其最大特点是强度高、质量轻、可收缩、带方便、造型美

观等。在乐器制造方面，高性能复合材料得到推广应用，这是因为碳纤维-环复合材料的比模量高、弯曲刚度大、耐疲劳性好和不受环境温湿度影响等特点所致。用复合材料制造的扬声器、小提琴和电吉他，其音响效果均优于传统木质纸盒和云杉木产品。复合材料在乐器方面的用量占总产量的比例不大，但它在提高乐器质量方面仍不失为一种有发展前途的方向。

1.8 热固性树脂基复合材料在农、林、牧、渔及食品业中的应用

复合材料在农、林、牧、渔及食品业中的应用涉及如下问题:农作物、植物花卉及鱼类保护，改进种植和养殖技术，创造优良的生长环境，生产优质产品;农业和渔业产品包装、防腐及贮运;农业和渔业建筑、设备及器具;食品业生产、贮运设备、饮食用具。

复合材料设备、器具及建筑在食品业和渔业中已使用多年，应用最多的产品有:鱼类育苗池、输水管、越冬温室、秧盘、除草机、冷冻室、粮仓、渔船、农用车辆、鲜鱼运输箱等。复合材料在农业和渔业方面应用的主要优点是:强度高、质量轻、使用方便、防腐、耐水、使用寿命长、综合性能高、节省能源、成本低等。在食品工业中，复合材料主要用作新鲜食品的冷藏、冷冻、酿造池罐、贮水设备、牛奶贮运罐、厨房设施、饮食餐具等。在饮食业中使用复合材料的主要优点是:强度高、质量轻、不易损坏、使用方便，在酿造业中应用，主要优点是防腐耐水、使用寿命长;在饮食餐具、厨房设施中应用，主要优点为无毒、表面光洁易清洗、易消毒等。