复合材料用途多多，一文锦集在工业领域的新技术和新应用

在工业机械领域，复合材料通常用于需要耐久性、耐腐蚀性，以及防火、防烟和毒性（FST）等性能的部件，这些结构件主要包括支架、固定装置、管道系统、托盘和储罐等。

最近，有哪些新的技术和应用案例呢？

案例1：三种不同耐腐蚀AOC树脂设计

近期报道的一个典型案例是沙特阿拉伯SABIC子公司Petrokemya位于沙特阿拉伯朱拜尔的石油化工厂的燃烧装置。该工厂生产各种原料化学品，需要一个燃烧单元、急冷罐、洗涤器、排气罐以及相关的容器和管道，这些容器和管道能够承受盐酸而不会腐蚀。西班牙设备制造商Ollearis、承包商中国天辰工程有限公司（天津）和美国工程公司John Zink Hamworthy Combustion共同合作，采用三种不同耐腐蚀AOC树脂设计并生产了的长丝缠绕玻璃纤维增强工业设备，以满足特定零件的性能要求。

耐腐蚀树脂、纤维缠绕玻璃纤维复合材料和创造性设计工程是Ollearis为SABIC子公司的几个大型石化厂部件进行工作的关键。在装运和安装之前，这里显示了其组件

随着复合材料越来越多地用于这些类型的应用，正在制定更多的标准和法规来帮助和指导制造商。例如，2022年，ASTM国际管道系统委员会（F17）批准了一项新标准（F3378/F3378M），以帮助制造耐腐蚀管道系统，以运输液体和气体如水、原油、腐蚀性化学品等。

案例2：高性能CFRP支持更快、自动化的工业流程

上述许多应用通常使用的是非高性能的复合材料，如玻璃纤维和成本较低的树脂。高性能复合材料也正在进入工业应用，因为对更高吞吐量的要求迫切需要更轻的重量和振动阻尼性能，以实现更快的速度和高度自动化的机械操作。

近期，在捷克纤维缠绕解决方案专家CompoTech最近的几项工业应用中，出现了诸如高性能碳纤维增强环氧树脂T型臂的组件，它可用于连接机械和机械臂，机械臂在制造过程中移动零件。CompoTech的客户德国BilingAutomation公司以前使用钢或铝制造，现在改用碳纤维增强聚合物（CFRP）T型臂，以改善性能特性，如减振和最大限度地减少挠度和变形。

案例3：工业管道修复用复合材料

除了制造工业部件外，复合材料还可以帮助修理工业管道或储罐，包括由金属制成的管道或储罐。例如，现在有几家公司提供复合材料产品，这些产品可以缠绕在现有管道和储罐上并固化，以加固或修复它们。

最近报道的一项工作是2023年1月，日本工业奖授予日本东丽工业股份有限公司、东京电力电网公司和安田精造株式会社，以表彰他们开发了一种使用真空辅助树脂转移模塑（VARTM）固化碳纤维增强塑料（CFRP）修复腐蚀钢管和输电塔的技术。根据受助方的说法，这项创新通过加强坑洞和腐蚀的管道，消除了更换工作中对特殊夹具和方法的需求，从而缩短了强度评估的交货时间，降低了施工成本。

与此相关，英国维修和保护材料制造商Belzona公司开发了一种复合材料管道和储罐维修系统，这种称为Belzona-SuperWrap II的系统可作为维修套件出售，包括环氧树脂、玻璃和碳纤维增强材料以及隔离膜。

案例4：俄开发基于石墨烯和玻璃的复合材料

去年10月底，俄罗斯科研人员研发出借助激光生产出基于石墨烯和玻璃的导电且稳定的复合材料。这项技术的优点是成本低，石墨烯结构成为玻璃的一部分，而不仅仅是涂层。相关研究成果近日发表在《先进材料》杂志上。

实现这种技术的第一步是使玻璃具有导电性。目前解决该问题的方案是从金属及其氧化物、导电聚合物或碳中制造纳米涂层。然而，研究发现，涂层会随着时间的推移而被磨掉，且使用寿命有限。

俄科研人员提出了一种借助激光利用石墨烯对玻璃进行改性的方法。这种技术有助于在任何玻璃产品中制造出能够成为集成电子产品基础的石墨烯导电结构，目的是使用石墨烯来制造新一代电子产品。

托木斯克理工大学化学和生物医学技术研究所教授叶夫根尼·舍列梅特介绍说，俄科研人员首次展示了如何借助激光生产基于石墨烯和玻璃的导电且稳定的复合材料。新技术允许用石墨烯“画出”所需的结构，这些结构融合到几毫米厚的玻璃中，确保了材料可长时间使用而性能不会降低。

舍列梅特称，利用基于石墨烯和玻璃的新型复合材料，科研人员可以开发廉价高效的柔性电子产品、新型光电器件以及具有扩展功能的各种玻璃产品。

案例5：新型创新复合材料和成形技术开发技术

2月下旬，日本东丽工业公司开发了一种可以高速热焊接碳纤维增强热固性部件的技术，该技术将实现碳纤维增强复合材料机身的高速生产和轻量化。东丽工业公司正在对该技术进行演示验证，目标是在2030年后实现机身商业化应用，同时进一步扩大应用范围。该技术是基于新能源和工业技术发展组织（NEDO）支持的“新型创新复合材料和成形技术开发”项目取得的成果。

该技术的核心是在碳纤维增强的热固性或热塑性部件表面形成一个热焊接层，通过瞬间加热部件表面实现部件粘合，而无需粘合剂粘合或螺栓紧固。东丽工业公司使用可热焊接的CFRP热固性部件组装了一个模拟高速飞行飞机基本结构的演示验证机，确定其力学性能和连接强度与目前机型的共固化CFRP结构相当。东丽工业公司表示，该技术将实现与铝合金机身相当或超过铝合金机身的高速生产速度，此外还可以减少CFRP机身寿命周期内的二氧化碳排放，并减轻重量。