下世纪复合材料面临的机遇与挑战（二）

二、复合材料在下世纪中将遭遇的挑战

　　尽管复合材料由于自身的优势在下世纪中将会获得上述许多机遇，但是不可否认复合材料也存在一些不足之处，肯定会受到其他通用材料的如金属、高分子材料等的激烈竞争和挑战。复合材料存在以下两个主要问题，如不加以根本解决将严重制约它的发展。

　　（一）成本偏高影响竞争力
　　由于复合材料是以两种或者两种以上的原材料复合必然带来工艺上的复杂性和加长了工艺周期、加上所用原材料较贵，特别是先进复合材料用的增强体如碳纤维、芳酰胺纤维以及耐高温树脂如聚酰亚胺等皆因生产规模小以至价格昂贵。所以要使复合材料具有持续发展的生命力，必须先要降低成本。这样才能不断扩大应用范围，以其突出优良的性质和适中的价格和其他材料竞争。

　　目前各国都在致力于研究降低成本的措施，在原材料中由于增强体在成本中占的比重较大，所以上各大增强纤维的生成厂都在努力扩大产量使之能达到经济规模。例如荷兰的阿克苏公司的芳酰胺由于扩大到15000吨/年，其价格明显降低且扩大了市场。碳纤维的生产厂也都纷纷把产量扩大到年产千吨以上以降低成本，特别是近出现的以民用大丝束聚丙烯腈为原料来制造中等性能碳纤维的趋势，使碳纤维的生产摆脱过去用昂贵的特殊专用原料丝的局面，从而大幅度降低了成本，并有继续大幅降价的潜力，这样使以碳纤维为增强体
的复合材料大大扩展了应用范围，尤其可应用到建筑工业中。因此在原材料降低价格方面下世纪将有明显改观。
　　复合材料的加工工艺相对复杂和工艺周期长的问题也是导致成本高的关键，因此也是当前研究的热门课题，而且已有所突破。例如用树脂转移法工艺即把未固化的树脂在低粘度情况下注入放在模型中的增强预成模型体中。这样既能够达到设备投资小、模具制造简单而价廉、生产能耗低周期短、制品内在与外观质量高以及对环境污染小等效果。这种工艺目前已经对复合材料工业产生很大的有利影响。目前还在推广到与气袋成型工艺结合、扩大树脂基体的应用范围和解决大型薄避件的工艺问题。此外其他的快速工艺方法如电子束固化、增强
型反应注射成型以及连续缠绕与拉挤等成型技术也在研究与扩大应用之中，估计不久的将来复合材料成型工艺会出现崭新的面貌，迎接下世纪的到来。

 　　（二）可靠性相对较差影响应用面

　　复合材料目前存在的另一个问题是可靠性相对较差，这主要是复合材料的发展历史较短，在加工工艺上积累的经验不够，加上复合材料是多组分材料，因此各个组分中的不确定因素集成的结果必然较单质材料为大。同时现用的复合材料多数是层状复合，而层间是其薄弱环节，严重影响其可靠性。针对这些问题，现在已经进行了许多卓有成效的研究和探索。例如采用把增强纤维经三维编织构成预成型体再用上述树脂转移法来成型，或采用在原有层状复合的加上缝编结构，即可有效地克服原有的层间薄弱环节。同时利用复合材料可设计强的
特点采用计算机辅助进行优化，实现纤维取向符合结构的力学要求，并可用不同纤维混编使之更为合理。另外各种无损检测的方法日超完善，配合工艺过程中的在线监视，可以有效地提高成品质量。这许多措施可以促使复合材料的可靠性大为提高。以确保复合材料在未来的世纪中树立可信赖的形象。

　　当然复合材料也还存在其他不够完善之处，如回收困难，现正在加紧研究解决。可以相信在全所有从事复合材料研究、生产的专业人员努力下，当有充分把握接受其他各种新近材料的挑战，使复合材料能屹立于先进材料的前列。
三、我国复合材料的现状和下世纪发展的对策
　　我国于1958年即开始建立复合材料工业，当时也是以军工需要为主，由此推动了玻璃纤维增强聚酯、环氧和酚醛树脂的通用复合材料问世，70年代又开始发展以碳纤维和芳酰胺纤维为增强体的先进复合材料，用以与“两弹一星”配套。复合材料虽然受到有关部门的重视，但发展很不平衡，特别是原材料的配套问题更为突出，加上过去工业基础薄弱所以迄今的总产量约为8万吨，尚低于我国台湾地区的产量，特别是先进复合材料更为逊色。然而在复合材料基础研究方面，无论在宽度和深度上虽不能列为先进，但能与发达对话。在国际学术会议上能占靠前的席位，并受到一定的重视。

　　面临下个世纪复合材料发展的机遇，我国应及早制定出切实的对策。并加大资金投入力度，完善原材料的配套体系，在此基础上瞄准国际发展前沿，特别是用于建材的复合材料国际上刚起步，我国应迎头赶上，才不致落后。另外在各种新型多功能、纳米、机敏与智能、仿生等复合材料方面应有计划地组织安排形成强有力的研究-生产群体，避免过去普遍存在的低水平重复和研究与生成的脱节，同时重点放在使之产生实用性效果，并发展高附加值产品上，提倡有限目标，不铺摊子，要追求创新和形成特色，摆脱一味跟随模仿的困境。相信
复合材料一定能为我国在下世纪中的国民经济和国防建设作出贡献。