第七节　纺织复合材料的应用

不同的纺织复合材料，造价与性能不同，应用领域也不同。由碳纤维加强的复合材料，因其高昂的价格和优异的性能，主要应用于航空航天中，该领域要求构件具有最佳的质量和最优异的性能，而且对减重效果倍加重视。纺织复合材料率先在航天航空领域的应用，对在其他领域的应用起到了启迪与促进作用，到目前为止，纺织复合材料几乎渗透到所有的技术领域。

一、航空航天工业

早期的纺织复合材料主要应用于民用飞机，多用作承力不大的构件，如内装修板等。经过几十年的试验，目前飞机的许多构件都可以用纺织复合材料制作，如雷达罩、电子设备舱、前缘壁板、舱门、翼尖、尾锥、升降舵、发动机叶片、发动机外壳等。纺织复合材料减震效果好，膨胀系数小，亦适于制作喷气发动机的运动部件，轻重量的转子可降低负载，提高工作效率。用纺织复合材料制作的直升飞机桨叶，比同等价格的金属桨叶寿命高，金属桨叶的使用期限一般为1500h，而复合材料桨叶可超过3000h。利用模压技术制作复合材料桨叶，优化设计的外形可以提高气动效率。结构复杂的零件直接复合而成，可减少零件个数和联接件，降低重量，节约成本。目前航天飞机的货舱门多采用碳纤维与环氧树脂复合的蜂窝状结构材料制作。

宇宙飞船的机械手长臂用碳纤维复合材料层合板制作，在太空中，由于材料刚度较大，变形较小，保证了动作的精度。为了使长臂具有较大的扭转刚度，材料中部分纤维呈±45°排列。在太空中，一般的温度范围是-200～80℃，装备应该具有小的热膨胀系数，才能正常工作。在卫星上使用的天线反射器、太阳能隔栅壁板、反射镜支架、光学望远镜、工作台架等，都要求具有较低的热膨胀系数。许多研究表明，混合使用不同膨胀系数的纤维制成的复合材料具有理想的热膨胀系数。

二、船舶工业

利用纺织复合材料造船，多以玻璃纤维为原料，为了弥补玻璃纤维模量较低的不足，可以混入一定比例的碳纤维，利用玻璃纤维与碳纤维交织的织物制作复合材料，扩大了其在船舶工业中的应用。一只竞赛用的独木舟，使用227g碳纤维，舟的重量可从15.9kg降至10kg。在造船业中，分别使用或混合使用玻璃纤维、碳纤维、芳纶制作的复合材料，产品包括划艇、帆船、快艇、游艇、高速马达船、救生船、水警艇、巡逻艇、深海渔船等。纺织复合材料船体吸震性好，抗冲击能力强，耐海水及海洋生物侵蚀，且成型方便，便于维护，比钢材更适应海洋环境。

三、汽车工业

用碳纤维复合材料做车身的福特GT40型赛车在拉力赛中夺魁。此后，纺织复合材料在汽车工业领域的用量稳步上升。车身、座椅、油箱、车门的制作材料，逐渐由复合材料取代。利用层合板制作的板簧，延长了使用寿命。

用纺织复合材料制作的赛车车身及后盖，由于刚度较高，高速行驶时不易形变，能继续保持其流线型的外形。而用传统金属材料制作的车身，高速行驶时由于空气压力而产生车身变形，接口处出现缝隙，噪声增大，空气阻力增加。

四、体育用品

用挤拉法生产的复合材料制作的空心或实心渔竿，改善了渔竿的性能；用树脂浸渍织物滚压制作的渔竿，重量更轻，弹性更好。用碳纤维复合材料整体设计制作的高尔夫球杆，杆身轻而硬，重量集中在杆头部，击球时能量与弹性可以最大限度地转移到头部，使球的飞行距离增加20～30m。用碳纤维复合材料制作的网球拍、乒乓球拍、雪橇、撑杆跳高用撑杆、滑雪板、冰球杆等运动器材，使许多运动项目进入了一个新的时代。时至今日，几乎所有知名自行车运动员的用车是由纺织复合材料制作。

五、军事工业

某些纺织复合材料能被电磁波穿透，因而在潜水艇、隐形飞机上得到广泛应用。用纺织复合材料制作的潜水艇，表面没有磁性，传统的磁性水雷不会对其造成威胁。用纺织复合材料制作的导弹外壳，可以防止高速飞行时过热熔融。

目前，战火火箭、反坦克导弹、防护装甲、大口径火炮、火箭弹体、火箭发动机、发射管、坦克复合装甲、坦克负重轮等已开始用纺织复合材料制作。

用纺织复合材料制作的移动式天线，减轻了重量，提高了部队的机动能力。用纺织复合材料制作的拆装式舟桥、头盔、子弹箱等已有实战应用的例子。

六、医疗卫生行业

用玻璃纤维复合材料制作的外科夹板，可直接模塑出病人的躯干形状，减轻患者的痛苦。用层合板制作的人工呼吸器，轻便耐用。

以聚丙烯腈为原料的碳纤维具有生物相容性，可以用来修复韧带、制作假肢。碳纤维复合材料的杨氏模量与人骨相似，与血和软组织的适应性较好。

七、其他行业

纺织复合材料的应用范围涉及各行各业。纺织工业中，许多高速运动的零件可以用复合材料制作，从而降低重量，提高生产效率。如用纺织复合材料制作的纺纱转杯，转速由原来的45000r/min增至200000r/min；在剑杆织机上，用碳纤维复合材料制作的剑杆、剑带、弹簧片等，改善了织机的性能。