09级应用化学
摘要：综述了复合材料的发展现状，**复合材料绿色化、功能与多功能化、智能化的未来发展方向。
最初的复合材料是增强体与基体的简单复合，在此基础之上发展了双元与多元混杂复合材料、超混杂复合材料，甚至可以在增强体中加入颗粒填料或采用混合体基体。
关键词：复合材料；绿色化；功能与多功能化；智能化
abstract : reviews the development of composite status, prediction of composite green function, and multi-functional, intelligent development direction in the future.
the initial composite reinforcement and matrix of ****** compound, based on the development of dual and multiple hybrid composites, super hybrid composite material, even in the reinforcement of adding filler particles or the mixture matrix.
key words :composite materials; green; functional and multifunctional intelligent
概述 复合材料是用两种或两种以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合手段组合而成的一种多相材料，与传统材料相比，复合材料具有性能可设计性、材料与结构同一性、复合效应、材料性能对复合工艺的依赖性等特点，由此可具有高硬度、高比强度、高比刚性、阻尼减震性好、破损安全性高等突出优点，自 20 世纪 40 年代兴起以来，一直成为世界关注、研究的热点，得到迅速发展。
1 复合材料的发展及应用
复合材料得到迅速发展，主要体现在以下几个方面：
1．1 复合材料种类。
1.1.1树脂基复合材料
由于树脂具有质轻、易于成型、与增强体相容性好等特点，树脂基复合材料发展迅速并得到广泛应用。复合材料具有质轻、易于成型、比强度和比刚性高、耐疲劳性能好等突出优点，得到广泛应用。 但树脂基复合材料也同时具有耐热性差（主要应用于工作温度低于 425℃的环境下）、易吸湿、易老化、易分层等缺点，限制了其应用范围。
1.1.2金属基复合材料
金属基复合材料具有强度大、刚性高、耐热性好、抗蠕变能力强、高耐磨性、导电导热性能优良、不吸湿、不老化、气密性好、易于加工成各向同性材料或构件等优点，受到研究人员的重视，铝基、钛基、镍基、金属间化合物基等金属基复合材料得到应用和发展。 但是，金属基复合材料存在密度较大、润湿性、相容性、界面反应难以控制等缺点，限制了其发展和应用。
1.1.3陶瓷基复合材料
陶瓷基复合材料具有高模量、高硬度、耐高温、耐腐蚀等优点，适于制造火箭发动机、喷气发动机等高温部件以及陶瓷基复合装甲等。
1.1.4水泥基复合材料
水泥基复合材料是陶瓷基复合材料的一个重要分支，复合材料的加工技术广泛应用于建筑材料领域，通过加入钢纤维、聚丙烯纤维、碳纤维、植物纤维等增加其抗拉强度和韧性，高建筑物的质量。 现已经研制出碳纤维增强水泥、钢纤维混凝土等水泥基复合材料，并得到广泛应用。
1．2 增强体的分类。
1.2.1 纤维
玻璃纤维是开发、应用较早的纤维增强体，具有不燃、耐腐蚀、耐高温、吸湿小、伸长小等优良特性。 在电气、力学、化学以及光学等方面也有很优良的特性，与树脂复合相容性好，成形工艺简单，性能**比高，故是理想的增强体材料，并获得广泛应用。 玻璃纤维难分解，对环境具有一定的污染性。
碳纤维的主要性能特点是：质轻、强度高、比强度大、模量高、比模量大、疲劳强度大、耐疲劳、自润滑、耐磨损、吸能减震、耐腐蚀、生物相亲性好、导电性能好、柔软、后加工及复合性好。碳纤维具有优异的综合性能，是新一代军民两用的增强纤维，成为先进复合材料的主要增强纤维之一。
其缺点是在非惰性气氛中耐热性较差。 硼纤维具有比强度高、比模量大、耐热性好、质轻等优点，尤其是与金属易于复合，使之不仅能够用于树脂基复合材料，而且可用于金属基复合材料。 但硼纤维制作工艺复杂、成本高目前还研制出高强高模聚乙烯纤维、芳纶纤维等，已经形成一个增强纤维大家族。
1.2.2晶须
晶须是指以单晶形式生长的形状类似短纤维，而尺寸远小于短纤维的针状单晶体。 目前已开发出一百多种不同的晶须，主要包括 sn，fe，cu，cd，ni等金属晶须和 si3n4，sic，al2o3，tin，zro2，aln，tio2，tic 等非金属晶须两大类。 现已实现工业化生产的晶须主要有 sic，si3n4，tin，al2o3，莫来石等。
晶须作为一种增强体复合进基体后，可以提高复合材料的强度、硬度、耐热性、耐磨性、耐腐蚀性、触变性等，还可具有导电、绝缘、抗静电、减震、阻尼、吸波、阻燃等多种特殊功能。 进入 21 世纪，随着加工技术的发展，晶须的制造成本降低，开始得到广泛应用。
1.2.3其他增强体
当今已经研制出微纤、析出晶等细观增强体以及纳米、刚性棒状分子等微观增强体，并应用于复合材料加工，使宏观复合材料一直难以解决的增强体与基体之间的结合界面问题得到解决，表现出较好的发展前景。
1．3 复合材料的发展方向。
目前使用的复合材料大多为宏观复合材料，即在基体中加入纤维、晶须等尺寸较大的增强体，增强体的截面尺寸在微米级。 这种复合材料的增强体较为易得，复合工艺较为简单，性能具有方向性，得到广泛应用，但是需要考虑增强体与基体之间的相容性、界面结合等问题。 现已研制出细观复合材料，即以截面尺寸在 0.
01μm 以下的微纤、析出晶体等为增强体的复合材料。 此类复合材料的界面结合问题较小，性能基本为各向同性，可以采用常规的加工方法进行加工，复合工艺已经趋于成熟而开始进入实用化阶段。一般说来，宏观复合材料要考虑基体与增强体相容性问题，并且容易存在较严重的界面结合问题。
1．4 复合材料方向发展
最初的复合材料是增强体与基体的简单复合，在此基础之上发展了双元与多元混杂复合材料、甚至超混杂复合材料，即加入两种或更多的增强体，甚至可以在增强体中加入颗粒填料或采用混合体基体。 这种双元与多元混杂存在混杂效应，从而使复合材料的某些性能优于简单混合定则所估算的数值。 双元混杂复合材料如 sic 和石墨(gr)颗粒混杂增强铝基复合材料、碳纤维和玻璃纤维增强环氧树脂复合材料，超混杂复合材料如由金属纤维、玻璃纤维、合成纤维、陶瓷、无机填料增强环氧树脂组成的超混杂复合材料。
1．5结构复合材料的再发展。
在 80 年代以前，复合材料主要用于结构件的制作，由开始制作飞机蒙皮等次承力件发展到制作飞机大梁等主承力件。 此后逐渐向功能复合材料和多功能复合材料方向发展，出现透波复合材料、超导复合材料、永磁体复合材料等功能复合材料。
1．6被动复合材料的发展方向。
传统材料和普通复合材料对外界环境的作用只能作相应的被动反应，属于被动材料；而机敏复合材料则具有感觉、处理和执行功能，能够完成自适应、自诊断、自修复等任务，属于初级的主动复合材料， 当今研究热点之一就是高级主动复合材料，即智能复合材料，这是一种基于仿生学研制成的新型材料，不仅具有机敏复合材料的功能，而且具有自决策功能。 智能复合材料现已经研制出智能机翼、被动或主动减震复合材料梁等工件。
1．7 复合材料加工设备的发展方向。
复合材料发展初期，加工成型主要通过手工加工，不仅生产效率低，而且制件质量及使用可靠性差。 当今已经研制出一些先进的复合材料加工设备，可以提高复合材料的致密度，提高制件的性能以及使用可靠性，并且解决了大型制件的成型问题；美国、法国、日本等国家率先研制出三维编织机，有效解决了复合材料易分层的问题，使制件使用性能有大幅度提高。 这些先进的加工设备，提高了生产效率和制件的质量。
有理由相信，未来将会出现更多的高效、高精度、自动化复合材料加工成形设备。
1．8 复合材料的设计发展。
自然界大量的复合材料结构是经过千万年的进化、衍变而来的，为复合材料的设计、制造提供了很好的借鉴，随着人们对自然界认识的深入和复合材料加工技术的进步，将会出现更多的仿生设计优秀作品。另外，计算机技术的发展也为复合材料的设计在技术上渐趋成熟，将会为复合材料的未来发展带来质的飞跃。
1．9 复合材料的应用领域扩展
复合材料发展的初期，由于其比强度、比刚性高等优异的性能和较高的成本，主要用于航空和航天领域，随着复合技术的发展，复合材料的性能得到改善，成本大幅度降低，已经广泛进入到民用领域。 如复合材料高压气瓶、复合材料汽车外壳、洗衣机复合材料外壳、复合材料卫生洁具等等。经进入大众的生活中。
2.复合材料发展方向
2.1 绿色化方向
生态恶化、能源短缺成为人类生存和发展的主要威胁，保护环境为世界各国**所重视，提出可持续发展的新要求，因此，绿色、环保必然成为复合材料的一个未来发展方向。 令人惊喜的是已经出现了以亚麻、黄麻、苎麻等植物纤维为增强体的复合材料制件，在环境保护方面取得了可喜的进步，但在纤维加工、复合工艺、性能改进等方面有待于进行深入研究。
2．2 功能、多功能化方向
科技的发展对材料性能提出更高的要求，也促进了功能、多功能复合材料的发展，未来将会研制出性能更高的超导、透波、吸波、永磁体、耐磨、耐腐蚀、耐热等等复合材料，并且也会有更多的具有多种功能的复合材料出现。
2．3 智能化方向
自从 80 年代中期美**方提出智能复合材料的概念以来，智能复合材料的研究受到各国**的高度重视，投入大量的资金与力量进行研究与开发，智能机翼等制件已经在先进战机上得到应用。 智能复合材料具有自感知、自诊断、自修复、自调整、自控制等功能，是未来材料的一个重要发展方向，经后的研究主要集中在感受器、作动器、复合工艺、控制系统等方面。
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