纤维增强复合材料的应用和优势

纤维增强复合材料是复合材料中发展最快、应用最广的一种材料。它具有比强度和比模量高、减振性能和抗疲劳性能好，以及耐高温等特点。目前常用的纤维增强复合材料有以下几种。

1.玻璃纤维增强复合材料

以树脂为基体、玻璃纤维为增强剂的复合材料，称为玻璃纤维增强复合材料。根据树脂在加热和冷却时所表现的性质不同，玻璃纤维增强复合材料分为热塑性玻璃纤维增强复合材料(基体为热塑性塑料，如尼龙、聚苯乙烯)和热固性玻璃纤维增强复合材料(基体为热固性塑料，如环氧树脂、酚醛树脂)两种。其中，热塑性玻璃纤维增强复合材料比普通塑料具有更高的强度和冲击韧性。其增强效果因树脂的不同而有差异，以尼龙(聚酰胺)的增强效果最为显著，聚碳酸酯、聚乙烯和聚丙烯的增强效果也较好。

热固性玻璃纤维增强复合材料又称玻璃钢，它是目前应用最广泛的一种新型工程材料。其他复合材料由于价格昂贵、制造技术复杂，大部分仍限于在宇航、国防等工业中满足一些特殊应用要求。

玻璃钢的性能特点是强度较高，接近或超过铜合金和铝合金。密度为1.5×103～2.8×103kg/m3，只有钢的1/5～1/4。因此，它的比强度不但高于铜合金、铝合金，甚至超过合金钢，此外它还有较好的耐腐蚀性。但玻璃钢的弹性模量较低，对于某些承载结构件必须考虑。

玻璃钢在石油化工行业应用广泛，例如，用玻璃钢制造各种罐、管道、泵、阀门、贮槽等，或者作金属、混凝土等设备内壁的衬里，可使这些化工设备在不同介质、温度和压力条件下的工作寿命增加。玻璃钢的另一重要用途是制造输送各种能源(水、石油、天然气等)的管道。与金属管道相比，它的综合成本低、重量轻。(www.xing528.com)

交通运输工具应用玻璃钢也有发展前途。由于玻璃钢比强度高、耐腐蚀性能好，现已用于制造各种轿车、载重汽车的车身和各种配件。铁路用玻璃钢制造大型罐车，减轻了自重，提高了重量利用系数(载重量/车自重)。另外，采用玻璃钢制造船体及其部件，可以使船舶在防腐蚀、防微生物、提高寿命及提高承载能力、航行速度等方面都收到良好的效果。

玻璃钢在机械工业方面的应用也日益扩大，从简单的防护罩类制品(如电动机罩、发电机罩、带轮防护罩等)到较复杂的结构件(如风扇叶片、齿轮、轴承等)均采用玻璃钢制作。利用玻璃钢优良的电绝缘性能，可以制造各种电工器材和结构，如开关装置、电缆输送管道、高压绝缘子、印刷电路等。玻璃钢的主要缺点是弹性模量较小，只有钢的1/10～1/5。因此，玻璃钢用作受力构件时，往往强度有余，而刚度较差，易变形。此外，玻璃钢还有耐热性差、易老化和蠕变的缺点。随着玻璃钢弹性模量的改善、长期耐高温性能的提高、抗老化性能的改进，特别是生产工艺和产品质量的稳定，它在各个领域中的应用一定会有更大的发展。

2.碳纤维－树脂复合材料

碳纤维通常和环氧树脂、酚醛树脂、聚四氟乙烯等组成复合材料。它不仅保持了玻璃钢的许多优点，而且许多性能优于玻璃钢。它的强度和弹性模量都超过铝合金而接近高强度钢，完全弥补了玻璃钢弹性模量小的缺点。它的密度比玻璃钢小(只有1.6×103kg/m3)，因此，它的比强度和比模量在现有复合材料中居第一位。此外，它还有优良的耐磨、减摩及自润滑性、耐腐蚀性、耐热性等优点。不足之处是碳纤维与树脂的黏结力不够大，各向异性明显。

在机械工业中，碳纤维树脂复合材料用作承载零件和耐磨零件，如连杆、活塞、齿轮和轴承等，用于有抗腐蚀要求的化工机械零件，如容器、管道、泵等，用于制作航空航天飞行器的外层，用于制作人造卫星和火箭的机架、壳体、天线构架等。