近十年来，我国复合材料产业持续向前发展，产量已经连续十年居世界首位，据协会统计，2019年产量445万吨，同比增长3.5%。据国家统计局统计，2019年复合材料制品行业规模以上企业主营业务收入同比增长34.2%，利润总额同比增长50.2%。复合材料作为新材料中不可分割的一部分，广泛应用于国民生活的各个领域，市场前景广阔。

虽然我国是复合材料生产大国，但是生产工艺、制造技术与国外先进国家相比，还存在一定差距。其中有客观原因，也有主观原因，如部分企业安于现状，缺乏自主研发和自主创新意识。

随着复合材料应用领域的不断扩大，环保要求的不断升级，技术需求也越来越高，企业面对“新产品的机遇”也倍感无力。现阶段，如何促进我国复合材料的持续发展？如何满足市场发展的步伐？首先要摆脱“跟跑”的思想束缚，其次，需要重视原始创新，立足自主研发创新，更加注重研发能力的培养。

为了激发企业创新意识，寻求创新理念，玻璃钢学会收集梳理了2019年复合材料行业值得大家关注的一些事件，供大家借鉴、启发与思考！

1 高模量碳纤维表面处理技术研究取得新进展

2019年，中国科学院山西煤炭化学研究所碳纤维表面工程课题组在表面改性方面取得新进展。该课题组采用新型非接触电化学处理方法处理高模量碳纤维，经工艺设计及工艺条件优化，可实现良好处理效果并有效减少导丝辊对纤维丝的磨损，建立了高模量碳纤维的连续化表面处理试验线。

图1 高强度碳纤维（左）与高模量碳纤维（右）的结构特征差异                   图2 经新型表面处理后高模量碳纤维表面的元素mapping分析

据连续试验线效果统计：(1) 该工艺对高模量碳纤维无明显损伤，可大大减少高模量碳纤维在表面处理过程中的毛丝、断丝发生量；(2) 表面处理后，碳纤维表面元素含量均匀（图2）、可调控；(3) 经评价与环氧树脂界面剪切强度值提高55.2%；（4）经第三方单位评价，环氧树脂复合材料层间剪切强度可达80MPa，弯曲强度可达340MPa，均明显高于目前国内外报道值。该方法克服了传统阳极氧化方法的固有缺陷，工艺环境友好，为高性能碳纤维，特别是高模量碳纤维的连续化制备及其应用提供了全新的思路和技术。

2 环氧复合材料在高导热方面取得新进展，为5G时代添彩

中国科学院宁波材料技术与工程研究所表面事业部功能碳素材料团队使用低成本的商用聚氨酯泡沫为模板，在其表面包覆石墨烯纳米片并采用快速加热移除聚氨酯模板而得到结构完整的三维石墨烯泡沫。如图1所示，在石墨烯含量为6.8wt%时，环氧复合材料的导热系数达到了8.04W/mK，较纯环氧树脂提高了44倍，环氧复合材料同时保持了良好的力学性能。

除此之外，研究还发现在石墨烯抽滤过程中引入微米尺度的球形氧化铝颗粒，可以使得石墨烯片取向由水平方向部分转变为纵向方向，得到具有类似“豌豆荚”的结构。这类仿“豌豆荚”结构的二元石墨烯-氧化铝填料可有效增强聚合物材料的导热性能，该方法制备的环氧复合材料纵向和横向的导热系数分别可达到13.3W/mK和33.4W/mK（如图2所示），开发的高导热环氧复合材料有望代替传统的聚合物材料解决目前高度集成的电子设备的散热问题。

3成功开发出缩醛型易回收热固性树脂，可实现高温（100℃左右）不蠕变

将动态共价键引入到热固性树脂交联网络可以实现热固性树脂像热塑性塑料那样可回收再加工利用并具有可控降解回收、焊接、自修复、刺激响应等性能。但同样会导致树脂易发生蠕变、尺寸稳定性差，很难在结构材料中得到应用。

中国科学院宁波材料技术与工程研究所发现缩醛在高温无催化剂存在下可发生动态交换反应，并成功得到缩醛型无催化剂可重塑热固性树脂，可实现高温（100℃左右）不蠕变。

此树脂高温下存在明显的应力松弛，表现出优异的延展性和再加工性，同时置于100℃的热水中1h可完全回收起始原料。

4 国内首座复合材料3D打印景观桥正式投放

2019年1月11日，3D打印景观桥正式投放于普陀区桃浦中央绿地，这是国内第一座运用3D打印技术完成的一次成型、最大跨度、多维曲面的高分子材料景观桥。

所采用的打印材料选定了在ASA(一种高分子材料)中加入一定比例的玻璃纤维，这种材料具备高耐候性、高弹性模量、高屈服强度和高抗冲击强度等特点，且能承受长期的日晒雨淋，同时满足3D打印材料和建筑材料的要求。

3D打印桥冲破传统桥梁设计的束缚，将参数化的数字构建方式融入其中，不仅可以实现复杂形体，同时还可以利用快速成型技术对设计进行实时反馈，与设计过程形成互动，使得设计更自由、更灵活、更具多元空间变幻，将设计从视觉直观走向量化理性。

5 世界上首个碳纤维铁路转向架诞生，完全由剩余的和回收的碳纤维材料制成

2019年12月10日，世界上第一个碳纤维铁路转向架(称为 CAFIBO) 由 开 发 商 ELG Carbon Fibre (英国科斯利) 和哈德斯菲尔德大学铁路研究所共同发布。转向架完全由剩余的和回收的碳纤维材料制成。

据报道，新型 CAFIBO 转向架比常规转向架轻，并优化了垂直和横向刚度。该转向架将通过减少轨道上的垂直和横向载荷来减少轨道磨损和基础设施维护成本，通过嵌入式健康监控系统提高可靠性和运营可用性，以及减少能源消耗，从而减少全球变暖的足迹。

6 采用碳纤维作为预应力筋材的矮寨特大悬索桥获2019中国鲁班奖

首次采用岩锚吊索结构，并用碳纤维作为预应力筋材的矮寨特大悬索桥在2019年荣获“2018-2019中国建设工程中国鲁班奖”。

碳纤维复合绞线为1×7Φ12.5mm，锚索N1结构采用12-24碳纤维绞线束，设计张拉力为2100kN，锚索N2结构采用12-9碳纤维绞束，设计张拉力为850kN。

碳纤维复合绞线产品规格为：破断荷载保证值Fk≥184kN，弹性模量E≥1.55x105MPa，公称直径12.5mm，有效断面面积76mm2，保证强度≥2421MPa，破断延伸率≥1.7%，单位长质量为145g/m，相对密度为1.6。

碳纤维锚索结构图

7 复合材料在国内首套柔性OLED机器人上成功应用

2019年12月9日，由中国科学院沈阳自动化研究所持股公司——新松机器人股份有限公司自主研发的，我国首套柔性OLED机器人在国内某企业成功应用。这是国产机器人首次进入高端柔性屏幕生产线，实现了搬运柔性OLED关键器件环节国产化。

当前，全球都在加紧布局“下一代屏幕技术”，而OLED生产流程的国产化问题始终制约中国在该领域的发展。在此之前，国产柔性OLED生产线上都是国外生产设备，新松公司柔性OLED机器人——SCARA机械手打破了困局。面对全新的技术要求，新松公司技术团队反复论证试验，在产品技术、结构、外观设计、材质上进行多项创新。

催刚为柔，让机器人更轻，新松公司技术团队对SCARA机械手进行了专用材质开发，采用柔性材质碳纤维（CFRP），PAD（吸盘）采用PEEK材质，使得机械手在运行过程中不仅耐高温、抗摩擦、柔软且耐腐蚀，让机器人不仅动作“轻”，声音更“轻”。使得3.5米长手臂的机器人取放轻盈温柔。

8 中国首辆氢能碳纤维车身乘用车问世

以氢能为动力、采用碳纤维车身的格罗夫乘用车首辆样车，2019年在“中国光谷”研制成功。这标志着中国首台采用氢能碳纤维车身的自主品牌乘用车诞生，也是氢能产业在交通领域应用的重大突破。

氢燃料电池续航里程长、加氢快，行驶过程中排放物只有水，是新能源汽车重要发展方向。目前，全球氢能与燃料电池产业刚起步。随着氢燃料电池技术不断突破，交通领域成为其产业发展重要突破口。此外，相较于使用钢铁及铝合金的传统车辆，碳纤维汽车更加轻量化，车身结构更轻更强韧。兼具动力和灵敏度，搭载着全球领先技术的氢燃料电堆，全身采用碳纤维材料，续航里程可达1000公里以上。

9 成功研制世界最大、耐压最强的火箭分离气囊

中国航天科技集团一院总体设计部三室完成“超长大口径高耐压气囊预验收试验”，标志着世界最大、耐压最强的火箭分离气囊研制成功。

气囊分离装置               气囊编织生产线

分离气囊是系在两个整流罩中间，非工作状态是呈扁形。当执行整流罩分离动作时，气囊内装火工品爆炸使鼓起，撑开整流罩连接结构，达到分离释放卫星的目的。

新研制的分离气囊与当前运载火箭应用的气囊相比，长度提高了5倍，口径增长了2倍，耐压压力提升了3倍。研制人员精心筛选满足指标要求的高强纤维材料和内衬材料，突破了耐高压气囊选材和编织技术。

其成功研制，大幅提升了我国气囊分离装置技术水平，为我国重型运载火箭大型整流罩高安全平抛分离提供了技术保障。

10 仿生纳米纤维复合材料兼顾“强”与“韧”不再是奢望

基于纤维素基宏观纤维材料的强度和韧性之间的矛盾一直无法解决，中国科学技术大学借鉴天然生物纤维的策略，成功研制了一种既强又韧的宏观尺度纤维素基纳米复合纤维材料，解决了人工材料中强度和韧性之间难以调和的矛盾。

研究人员以高强度细菌纳米纤维素作为增强基元，以海藻酸钠生物大分子作为有机物基质，将两者的复合水溶液进行溶液纺丝，得到拉伸强度初步提升的单取向结构宏观纳米复合纤维。单纯海藻酸钠宏观纤维的拉伸强度为190MPa，而所得纳米复合纤维的拉伸强度提高至420MPa。

再通过多级螺旋缠绕结构设计，得到了具有类似生物纤维结构特征的宏观人工纤维材料，其拉伸强度继续提升25%，断裂延伸率和韧性则分别同步提升近50%和100%。

今年以来，面对新冠肺炎疫情前所未有的冲击和错综复杂的宏观经济形势，全行业攻坚克难，开拓进取，勇于创新，砥砺前行，共同推进行业高质量发展，让我们一起期待2020年新的画卷和篇章！

来源：http://www.frp.cn/index.php?a=shows&catid=2&id=873

中国复合材料