復合材料是通過將兩種或多種其他材料結(jié)合在一起制備而成的，因此它們可以互為補充、互相改善，但在最終產(chǎn)品中也會保持自己的獨特特征。 由于具有優(yōu)異的性能，復合材料已經(jīng)廣泛應用于各個領域，而本期系列文章將全面盤點復合材料的主要應用領域，其中包括：航空航天、汽車工業(yè)、建筑、能源、儲能、基礎設施、海洋、管道和儲罐、體育與娛樂、運輸?shù)仁箢I域。

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航空航天領域

歐洲空客（Airbus）和美國波音（Boeing）等主要航空原始設備制造商已顯示出在航空領域大規(guī)模應用復合材料的潛力，而美國宇航局（NASA）則一直在尋求復合材料制造商為火箭和其他航天器提供創(chuàng)新的復合材料解決方案。

波音公司開發(fā)的每一代新飛機中復合材料的比例都在增加，其中波音787夢幻客機的復合材料比例最高超過了50%。波音787夢幻客機的主要結(jié)構(gòu)部件是由更多的碳纖維“夾芯”復合材料和先進的碳纖維層壓材料制成的，從而擺脫了陳舊的玻璃纖維復合材料。 另一方面，芳綸纖維廣泛用于建造前緣和后緣機翼組件以及非常堅硬、非常輕的艙壁、燃料箱和地板。此外，由嵌入普通基體材料中的高強度剛性纖維組合而成的先進復合材料也廣泛應用于航空航天工業(yè)。

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汽車工業(yè)領域

作為最大的復合材料終端應用市場，汽車行業(yè)對復合材料并不陌生。除了開創(chuàng)性的車輛設計，復合材料還有助于使車輛更輕、更省油。汽車需要可靠、同步的機構(gòu)，其部件能夠承受摩擦、腐蝕和溫度波動。 設計或生產(chǎn)中的不準確將影響性能，并可能造成制造商的業(yè)務損失。與金屬鋼相比，復合材料的性能能夠滿足并超過汽車行業(yè)的需求。這些獨特的性能包括：

低熱膨脹系數(shù)

優(yōu)異的尺寸穩(wěn)定性，可保持形狀和可靠性

在潮濕和干燥條件下的耐腐蝕性能

高沖擊強度，可承受重復使用

相對較輕的重量，以減少車輛的整體質(zhì)量

隔音效果更好，性能更佳

對油漆的接受性，包括滿足A級表面要求、油漆和烘烤工藝的能力

易于制造，成本相對較低

復合材料在汽車內(nèi)外部結(jié)構(gòu)中典型應用 截至目前，復合材料已經(jīng)廣泛用于一系列汽車結(jié)構(gòu)零部件，從前照燈的前照燈外殼到發(fā)動機罩下的電氣和隔熱部件，再到汽車車身外部零件、內(nèi)部結(jié)構(gòu)和裝飾部件。以下列舉復合材料在汽車零部件中的常見應用：

導流板和擾流板

進氣歧管

電池外殼和蓋

保險杠和保險杠橫梁

氣缸蓋（如氣門、搖臂、凸輪）蓋

車窗/天窗框架

前端格柵開口板

前向前照燈的殼體

隔熱板（例如發(fā)動機、變速器）

支柱和覆蓋物

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建筑領域

建筑界在對復合材料的理解和使用方面正經(jīng)歷大幅的增長。復合材料在大型項目中為建筑師和設計師提供了高性能和價值，并且它們在商業(yè)和住宅建筑中的使用越來越多。 在最近的一篇文章中，Palari Group 建立了可持續(xù)的 3D 打印社區(qū)和房屋。Mighty Buildings 是一家建筑技術(shù)公司，使用 3D 打印、機器人技術(shù)和自動化技術(shù)打造了經(jīng)濟實惠且可持續(xù)的住宅。房屋的基本組成部分是 Mighty Panel，這是一種 3D 打印的 100% 聚合物復合材料板，具有結(jié)構(gòu)、絕緣、MEP 集成、空氣/濕氣/防火屏障和內(nèi)部/外部飾面。Mighty Buildings 在其工廠打印單個面板，然后在建筑工地將它們組裝成房屋。 在建筑領域，碳纖維的高強度特性正在發(fā)揮積極作用。碳纖維強度極高、柔軟易鋪，可用于修補加固建筑物，使其如同全新建筑物。碳纖維層壓板廣泛用于提高樓板和柱子的承重。此外，碳纖維可以抵抗地震損壞，因此還可用于新建建筑物的結(jié)構(gòu)加固，也可以作為鋼筋預制件的替代品。

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儲能領域

多功能儲能復合材料 (MESC)是通過將電池層嵌入結(jié)構(gòu)中，互鎖鉚釘固定電池層，有助于提高機械性能。實驗測試顯示：MESC 可具有與其他材料相當?shù)碾娀瘜W行為。而與軟包電池相比，在 60% 的封裝效率下，MESC 獲得了 15 倍的機械剛度。

復合材料在儲能領域的其他代表性應用包括：

航空航天用氫氣罐

氫燃料電池系統(tǒng)

天然復合材料材質(zhì)電池

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基礎設施領域

嚴格意義上基礎設施與建筑兩者無嚴格區(qū)分，近年來隨著新型、低成本、高性能結(jié)構(gòu)復合材料的出現(xiàn)，基礎設施建設已進入了一個新階段。纖維增強塑料 (FRP) 不僅可以在許多承重結(jié)構(gòu)中代替鋼材，而且用內(nèi)部或外部粘合的纖維增強塑料 (FRP) 加固混凝土梁也已被證明是可行的。 由玻璃纖維、芳綸或碳纖維制成的復合材料越來越多地被考慮用于預張緊、后張緊或增強混凝土。為了取代腐蝕鋼筋，F(xiàn)RP 系統(tǒng)最終可能用于混凝土橋面或其他室外混凝土地板結(jié)構(gòu)。 耐腐蝕特性是碳纖維在基建領域備受青睞的主要因素之一。碳纖維不會腐蝕生銹，因此碳纖維混凝土層可以減薄很多，因為不需要像鋼芯一樣考慮防腐，這樣極大減少了建筑物的混凝土使用量，同時還附帶其它益處，譬如減少成本，加快施工進度，縮短干燥時間等。此外，因為具有良好的導電性，碳纖維可用于屏蔽電磁干擾，可以傳遞樓宇參數(shù)信息，成為智能樓宇不可分割的一部分。

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新能源領域

通過制造能夠利用可持續(xù)能源的結(jié)構(gòu)，復合材料在可再生能源中的使用將發(fā)揮越來越重要的作用。與金屬結(jié)構(gòu)相比，重量更輕、運輸和安裝成本更低，最重要的是，結(jié)構(gòu)整個生命周期內(nèi)的維護成本更低，這些因素已經(jīng)將復合材料定位為事實上的材料，可為大型項目提供經(jīng)濟的解決方案。

風力渦輪機葉片的輕量化和復雜的翼型形狀使復合材料成為該領域的領導者，使用的模具設計用于以最少的勞動力經(jīng)濟地制造葉片。目前的研究和開發(fā)旨在滿足陸基和離岸系統(tǒng)渦輪和轉(zhuǎn)子葉片所需的尺寸增加。

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海洋領域

幾十年來，F(xiàn)RP 復合材料已成功用于海洋應用領域，例如雷達罩和質(zhì)量結(jié)構(gòu)、超級游艇、工作船和休閑船。最近，F(xiàn)RP已用于不太知名的應用，例如軸承、螺旋槳、商業(yè)艙蓋、排氣裝置和頂部結(jié)構(gòu)。 玻璃纖維復合材料在海洋應用中的使用是GRP應用的第一個重要領域之一。它徹底改變了在多個領域設計和制造大型復合材料結(jié)構(gòu)的能力。船舶在英國通過多種工藝制造，包括手工鋪設的 GRP、樹脂灌注、熱塑性塑料和用于競賽游艇的高性能碳纖維預浸料。 GRP 在船舶應用中的主要優(yōu)點是：

耐環(huán)境性，包括免于腐爛、耐腐蝕等。

能夠加工無縫的、形狀復雜的結(jié)構(gòu)

能夠調(diào)整強度以適應負載條件

出色的強度重量特性——GRP 海洋結(jié)構(gòu)的重量通常是同等鋼結(jié)構(gòu)的一半。

低維護和易于維修

優(yōu)異的耐用性

賽艇比任何其他海洋結(jié)構(gòu)物更廣泛地使用復合材料。由于特殊要求，所用材料不是典型的海洋建筑材料。最小重量和最大剛度在其設計中至關重要，以便能夠以最大速度航行，并抵抗海浪和海洋環(huán)境中其他因素的影響。 碳纖維增強環(huán)氧樹脂復合材料通常用于以蜂窩或泡沫為芯的船體、框架、龍骨、桅桿、桿和吊桿、碳絞盤卷筒和軸系。在不同的國際航行條件下，使用FRP有助于提高性能，并將航行缺陷和故障的危險降至最低。

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管道系統(tǒng)領域

復合材料管道系統(tǒng)在化工廠中的應用已經(jīng)超過 25 年。20世紀70年代，復合材料在工業(yè)應用中的使用變得廣泛。如今，復合材料管道和儲罐的安裝在地上和地下、商業(yè)、市政和住宅應用中呈上升趨勢。隨著新化工設施的開發(fā)和舊設施的擴大，低成本天然氣正在進一步擴大市場。 復合材料管道典型應用及產(chǎn)品包括：

空氣污染控制

水產(chǎn)養(yǎng)殖

化學加工

海水淡化

石油和天然氣

水和廢水處理

管道

管件和襯里

管道系統(tǒng)

油箱內(nèi)襯

儲油罐

工藝容器

洗滌器

閥門

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運動休閑領域

一直以來，碳纖維在體育用品領域的表現(xiàn)都很突出，從賽車到滑雪、高爾夫、垂釣以及網(wǎng)球，碳纖維均得到廣泛應用。隨著碳纖維日益普及以及價格回落，已在體育用品中得到更多應用。 現(xiàn)在，許多球拍、滑雪板、雪橇、曲棍球棍、釣竿、高爾夫球桿、自行車、沖浪板、風箏、鞋子以及其它體育產(chǎn)品均采用了碳纖維。 碳纖維在體育休閑領域應用

目前，在10項最受歡迎的戶外運動和休閑活動中，有 7 種產(chǎn)品使用了復合材料。玻璃纖維和碳纖維增強復合材料繼續(xù)在釣魚竿、網(wǎng)球拍、皮劃艇槳的翼梁/軸、帆板桅桿和板、曲棍球棒、風箏和自行車車把中取代木材和金屬。

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交通運輸領域

運輸行業(yè)有一種趨勢是使用更大的車輛。無論是公共汽車、火車還是鉸接式卡車，想法都很簡單：攜帶更多的貨物。面臨的挑戰(zhàn)是找到安全承載更大負載的方法，同時節(jié)省燃料并減少對環(huán)境的影響。復合材料為這一挑戰(zhàn)提供了令人印象深刻的答案。

長期以來汽車和運輸行業(yè)在復合材料市場中占有較大份額，該行業(yè)致力于遵守嚴格的法規(guī)，例如美國和歐洲政府制定的平均燃油效率（CAFE）標準和歐洲排放標準（EES）。為了減少對全球氣候造成不利影響的二氧化碳（CO2）排放，這些地區(qū)的汽車制造商正在集中精力生產(chǎn)具有復合材料的輕型汽車，以符合政府法規(guī)并提高汽車的燃油效率。

審核編輯 ：李倩