【正文】 乎獨占市場 – 釣魚桿： 1200萬只 /年，約占總數(shù)的 50%以上 – 自行車： 12萬輛 /年 – 其他：賽艇、賽車、弓箭、滑雪板、桿等等。 ? 前 4項約占 CF耗量的 85%左右，其他只占 15%左右 ? 我國的臺灣有“復(fù)合材料體育用品王國”之稱，但近年來已向大陸轉(zhuǎn)移。臺灣碳纖維約有 3000噸 /年的產(chǎn)能 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 體育用品 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 體育用品 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 基礎(chǔ)設(shè)施 ? 基礎(chǔ)設(shè)施（ Infrastructure）系指建筑領(lǐng)域的房屋、橋梁、隧道、涵洞、地鐵及其相關(guān)的混凝土工程，其修復(fù)、更新、加固已構(gòu)成復(fù)合材料目前極重要的應(yīng)用領(lǐng)域 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 基礎(chǔ)設(shè)施 ? 復(fù)合材料在建筑和基礎(chǔ)設(shè)施應(yīng)用中有很大潛力，復(fù)合材料為主體的建筑具有抗震、耐蝕、輕質(zhì)、隔音、隔熱等特點。事實證明水泥基復(fù)合材料和高性能復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的鋼筋，在建筑業(yè)是性能優(yōu)異的新材料，特別是在應(yīng)用于橋墩、水壩、大型建筑、橋梁等大型基礎(chǔ)設(shè)施的修復(fù)等方面，顯示出有極大的競爭性，其優(yōu)越性在日本神戶和美國洛山磯的地震中得到證實，施工質(zhì)量好而且費用低 ? 采用復(fù)合材料研制高速公路橋面臺板是經(jīng)過大量試驗，包括靜強度、疲勞強度評定后選擇的，它具有良好的耐候性、韌性和抗惡劣環(huán)境的能力。隨著生產(chǎn)規(guī)模的不斷擴大，價格下降給復(fù)合材料的廣泛應(yīng)用創(chuàng)造了有利條件。復(fù)合材料在建筑工業(yè)的應(yīng)用中三個動向：復(fù)合材料代替鋼筋、代替木質(zhì)型材、在橋梁或基礎(chǔ)設(shè)施方面的應(yīng)用 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 基礎(chǔ)設(shè)施 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 汽車與交通 ? 在交通運輸工業(yè)方面，復(fù)合材料已經(jīng)成功地應(yīng)用于汽車結(jié)構(gòu)件、纖維增強高速公路路面及配套設(shè)備、鐵路牽引機車和車輛、艦船殼體和輔助構(gòu)件、高性能自行車等領(lǐng)域，并且需求量越來越大 ? 汽車材料是汽車工業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)之一，材料和汽車的制造成本密切相關(guān)，也對汽車整體性能的提高有重要的影響，先進復(fù)合材料可以大幅度提高汽車性能和節(jié)約能源，在未來 5年中先進復(fù)合材料汽車將大規(guī)摸占領(lǐng)市場 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 汽車與交通 ? 復(fù)合材料可用做傳動軸、框架和車身部件、彈簧片、儲能飛輪以及液化石油氣容器。 1995年美國汽車工業(yè)使用的各種復(fù)合材料近 ，西方汽車制造業(yè)正日益廣泛地利用復(fù)合材料。 ? 增強劑主要是玻璃纖維，其次是碳纖維，而基體材料美國主要使用熱固性樹脂，而歐洲則多采用熱塑性樹脂。美國的達(dá)納公司已成功地將碳纖維復(fù)合材料用作傳動軸 ,每年生產(chǎn) 50萬根，碳纖維用量約 250噸 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 汽車與交通 ? 克林頓政府提出的“超級汽車”要求輕質(zhì)底盤和框架，以便使車輛百公里耗油量減至 3升；發(fā)展電動汽車也要求輕質(zhì)結(jié)構(gòu)，先進復(fù)合材料可以滿足這些要求 ? 通用汽車公司已有多年制造汽車和卡車復(fù)合材料彈簧的經(jīng)驗，該公司利用連續(xù)的 E玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂，采用一種改進的纏繞工藝制造復(fù)合材料彈簧，每年纖維用量近5000噸。在全電動或電動 /天然氣混合車輛中，用作儲能裝臵的超高速飛輪轉(zhuǎn)子需要高比強度纖維 ,高強度碳纖維是最好的候選材料。天然氣是高效清潔燃料，復(fù)合材料很適合用于制造壓縮天然氣容器 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology High performance cars ? The use of carbon fibre/polymer posites can result in weight savings of 75~80% pared to steel, 30~40% pared to aluminium, and 50% pared to chopped fibreglass reinforced posite. Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology High performance cars Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology High performance cars ? 賽車代表了汽車發(fā)展方向和未來將要采用的技術(shù) ? 據(jù)估計，當(dāng)碳纖維的市場價格降至 11$/kg時， CFRP 將會在汽車行業(yè)大量使用，目前據(jù)這一目標(biāo)還有近一倍的差距 – 目前又反彈了 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 海洋石油工業(yè) ? 充分發(fā)揮復(fù)合材料高耐腐蝕性的優(yōu)勢 –管道系統(tǒng)、油罐、油箱、圍欄、扶手、通道、堅井、抽油桿等 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 海洋石油工業(yè) ? 今后十年內(nèi)復(fù)合材料在近海石油工業(yè)中的應(yīng)用將達(dá)到 130億美元。復(fù)合材料結(jié)構(gòu)與鋼結(jié)構(gòu)相比，不僅本身造價低廉，而且安裝費也便宜，其維護費用更低。例如，將復(fù)合材料用于新型中等規(guī)模的近海石油鉆井平臺上某些設(shè)施，其費用較傳統(tǒng)材料可節(jié)省 50%左右。典型的應(yīng)用是用復(fù)合材料代替鋼材用作鉆井平臺的水箱 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 復(fù)合材料氣瓶與貯罐 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 新能源工業(yè) ? 在 21世紀(jì)內(nèi)地球?qū)⒚媾R陸地資源逐漸枯竭，進而導(dǎo)致能源危機和原材料的短缺，開發(fā)新能源是人類面臨的生死存亡的問題 ? 復(fù)合材料已經(jīng)用于大量的新能源開發(fā)中 – 復(fù)合材料的風(fēng)力發(fā)電機的葉片和塔身 – 太陽能發(fā)電的支架 – 核電的離心機轉(zhuǎn)子 ? 同時復(fù)合材料也是節(jié)約能源的最為有效的手段 – 輕質(zhì)結(jié)構(gòu) – 高材料利用效率 – 可修補和回收 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 電子信息領(lǐng)域 ? 二十一世紀(jì)復(fù)合材料在信息技術(shù)領(lǐng)域也將占有很重要的地位 – 導(dǎo)熱系數(shù)高、熱膨脹系數(shù)可設(shè)計匹配的電路板基板 – 拋物面天線、電器設(shè)備殼、架 – 電磁波屏蔽罩、板 – 光纖通信技術(shù)中的光纜保護套 – 用于能量及功能轉(zhuǎn)換的敏感元件 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 生物、醫(yī)學(xué)領(lǐng)域 ? 生物和醫(yī)學(xué)先進復(fù)合材料發(fā)展速度很快，并逐步形成一個規(guī)模很大的產(chǎn)業(yè)，其主要應(yīng)用有：人工心臟、人工肺和人工血管用復(fù)合材料；復(fù)合材料人工牙齒和骨骼；復(fù)合材料呼吸器、支架、假肢等、復(fù)合材料輪椅、拐杖、擔(dān)架等 ? 具有很高的技術(shù)附加值，其每公斤達(dá) 120015000美元，遠(yuǎn)高于宇航材料，而建筑材料僅為 ，宇航材料也僅 1001200美元 ? 近 10年來其產(chǎn)業(yè)以 1520%以上的年增長率持續(xù)增長，其發(fā)展態(tài)勢已可以與信息和汽車產(chǎn)業(yè)在世界經(jīng)濟中的地位相比，并將發(fā)展成本世紀(jì)世界經(jīng)濟的一個支柱性產(chǎn)業(yè) Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 哈工大復(fù)合材料力學(xué)研究 探討和利用力學(xué)新理論和新方法 20世紀(jì) 80年代 20世紀(jì) 90年代 進入 21世紀(jì) 解決國防、航空航天復(fù)合材料等新材料和結(jié)構(gòu)中的力學(xué)問題 結(jié)合服役環(huán)境特殊性和材料對象的復(fù)雜性，發(fā)展新的力學(xué)理論和方法、新材料制備研究 面向國防、航空航天，強調(diào)力學(xué)與材料學(xué)多學(xué)科高度融合，開展先進復(fù)合材料及結(jié)構(gòu)研究 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 固體力學(xué)與復(fù)合材料 ? 固體力學(xué)其傳統(tǒng)的興趣中心已從結(jié)構(gòu)分析轉(zhuǎn)移到發(fā)展更加符合實際的材料本構(gòu)關(guān)系和更加有效而精確的計算 ? 材料科學(xué)由于本身發(fā)展的需要，要求固體力學(xué)在微結(jié)構(gòu) (Microstructure)的水平上來研究材料的行為 .通過研究微結(jié)構(gòu)的變形、損傷和破壞對材料宏觀性能的影響來指出改進材料的方向和途徑 ? 與其它材料相比，復(fù)合材料對固體力學(xué)的這種需求顯得更為迫切 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 固體力學(xué)與復(fù)合材料 ? 固體力學(xué)工作者對自己提出的要求是同時具備理論、實驗和計算機計算的三個方面的本領(lǐng)，才能應(yīng)付復(fù)合材料發(fā)展中所提出的問題 .這些問題 –各向異性、多相性，內(nèi)部微結(jié)構(gòu)及其損傷的隨機性，損傷模式的多樣性和損傷材料的離散性，對環(huán)境影響的敏感性，材料的可設(shè)計性，性能對制造工藝的依賴性 (殘余應(yīng)力，界面結(jié)合的影響等等 ) Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technology 復(fù)合材料力學(xué)性能的研究 ? 常規(guī)實驗以提供材料性能數(shù)據(jù)方面，復(fù)合材料雖然也有與金屬材料基本相似的特點，但各向異性和非均勻性問題 ? 復(fù)合材料的力學(xué)性能的特點之一，就是它易于受到損傷 .其中有些損傷是在固化或復(fù)合過程中在增強物，基體或界面上由于機械的，物理的或化學(xué)的原因引起的，還有一些是在受到載荷之后引起的 – 在正交鋪設(shè)的層板中， 90“層早在極限載荷的 30%左右時就出現(xiàn)了橫向裂紋 .這種局部損傷是不可避免的，問題在于如何認(rèn)識它，表征它，控制它的發(fā)展，并預(yù)預(yù)測其演化過程和相應(yīng)的剩余強度和壽命 ? 損傷還可以是環(huán)境引起的，如有害氣體和水蒸汽的侵人基體而損害界面，暴露在高溫、核輻照或強激光下會使復(fù)合材料性能迅速蛻變，殘余應(yīng)力的存在也可以加速損傷的發(fā)展，上述因素之間的耦合作用對性能影響也是不能忽視的 Center for Composite Materials, Harbin Institute of Technolog