復(fù)合材料纏繞成型制品最早可以追溯到1945年應(yīng)用于原子彈工程的玻璃鋼環(huán),為了提高生產(chǎn)效率,美國Kellog公司于1947年,成功研制了第一臺機械聯(lián)動式纖維纏繞機并成功繞制了火箭發(fā)動機殼體。20世紀60年代,為提高導(dǎo)彈的射程并降低成本,美國成功研制了玻璃纖維纏繞的發(fā)動機殼體并應(yīng)用于北極星系列導(dǎo)彈上,直接導(dǎo)致該系列導(dǎo)彈射程大幅度提高,從而莫定了纖維纏繞在制造火箭及導(dǎo)彈等尖端軍用產(chǎn)品的重要地位。到70年代,隨著第一臺微處理器控制的高精度纖維纏繞機開發(fā),復(fù)合材料纏繞機的功能及工藝水平均有所提高,并實現(xiàn)了較復(fù)雜輪廓零件的纏繞。伴隨計算機技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)代纖維纏繞機功能更完善,設(shè)備靈活性大幅提升,自動化程度越來越高,極大,地提高了復(fù)雜構(gòu)件的纏繞水平。
目前飛機用復(fù)合材料主要是熱固性樹脂基復(fù)合材料,其缺點是加工成本較高、環(huán)保性差且廢棄物難以回收處理等,從而極大制約了熱固性材料在飛機中的應(yīng)用"。因此,探索熱塑性復(fù)合材料在民機中的應(yīng)用顯得尤為重要。
cfrt材料因具有優(yōu)異的力學性能、較低的密度以及良好的導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能,因而在賽車、航空航天、能源、運輸以及體育器械等領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。
在汽車領(lǐng)域,汽車輕量化是實現(xiàn)汽車工業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。從國際汽車用材料的發(fā)展來看,車用輕量化材料主要有三類:高強度鋼、輕質(zhì)合金(主要是鋁、鎂、鈦等合金)和先進復(fù)合材料。CFRTP密度只有鋼的1/5,鋁的1/2,既可以部分替代價格昂貴的工程塑料和CFRP材料制品,也可以部分替代輕質(zhì)金屬材料(如鋁、鎂合金),輕量化效果最為顯著。2017年日本名古屋大學國立復(fù)合材料研究中心(National Composite Center,NCC),采用“全自動長纖維增強熱塑性復(fù)合材料直接在線成型工藝
”,成功研發(fā)了世界上第一個CCFRTP復(fù)合材料汽車底盤,且實現(xiàn)了短時間成型。2019年帝人株式會社宣布,其生產(chǎn)的CFRTP復(fù)合材料已被通用汽車公司(GM)選中,將用于生產(chǎn)皮卡車車箱。這是全球首次將CFRTP復(fù)合材料大批量用于生產(chǎn)車輛的結(jié)構(gòu)件中。
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