复材应用·装备升级换代的秘密武器_疲劳_复合材料_非线性_航空_航天_船舶_轨道交通_汽车_材料_控制_试验

复材应用·装备升级换代的秘密武器

本文摘要：（由ai生成）

复合材料在多个行业领域广泛应用，包括航空航天、建筑、汽车、能源、基础设施、海洋、军事、体育和娱乐产业等。在航空航天领域，波音787梦幻客机的复合材料比例高达50%。建筑业通过3D打印技术利用复合材料建造可持续住宅。汽车行业利用复合材料提高车辆轻量化和燃油效率。在能源生产中，复合材料用于制造风力发电机叶片。基础设施方面，FRP“拉挤”型材用于加固混凝土结构。海洋领域中，FRP广泛应用于船舶制造。此外，复合材料还用于管道、储罐、体育器材和运输工具，推动各行业的创新和发展。

所谓新材料，就是材料达到了新的性能与功能，而“复合”是材料达到新性能与新功能的重要途径，复合材料就是这样顺应科学规律和时代发展应运而生的新材料。先进复合材料（Advanced Composites，ACM）专指可用于加工主承力结构和次承力结构、其刚度和强度性能相当于或超过铝合金的复合材料，比如：树脂基、陶瓷基、碳碳基复合材料等，目前应用广泛的主要是较高强度和模量的连续硼纤维、碳纤维、芳纶纤维等增强的树脂基复合材料。先进复合材料具有高的比强度和比模量、各向异性和可设计性、良好的抗疲劳特性、良好的耐环境特性、易于大面积整体成形等，这些对于对自重要求高的构件很重要，对复合材料耦合效应能够巧妙应用可以解决部件设计上存在的扭转变形扩散问题，而采用金属材料，这些问题是难以解决的。

树脂基复合材料首先在航空航天领域得到应用，对于这些对性能要求高、对自重要求高、对耐久和耐环境性要求高的先进装备，无一例外地都采用复合材料来代替部分金属材料，例如：波音787飞机机体结构上使用了50%的树脂基复合材料，大大提高了减重效率，整体成型的结构件减少了连接件和装配成本，提高了飞机的舒适性、降低了油耗。国内先进复合材料发展几十年来，已经取得了巨大的成就，已经初步形成了行业的设计规范，研发出了多种高性能、满足不同使用要求的各类配套的材料体系并建立了相关标准，拥有了设计所需的材料数据库，研发了多种复合材料成型工艺手段并拥有了配套的成型设备，建立了评价复合材料的试验方法和标准，培养了一批复合材料设计、材料工艺研发、检测人才，更加可喜的是，先进复合材料应用范围不断扩大，正在从航空航天、高端体育器材向更广泛的工业领域延伸，随着材料工艺及设备的不断成熟，复合材料综合成本不断优化，应用范围已经遍及船舶、轨道交通、风电、汽车、电缆、建筑加固、油气田设备、医疗等各个行业，成为非常有前途和潜力的新兴产业。

业界学者、从业人员更加关注先进复合材料今后的研发热点，经过分析，我们认为以下几点值得关注：

1、提高基础材料的特性和稳定性

树脂基体和增强材料等原材料是发展先进复合材料的基础和前提，而增强纤维技术尤为重要。碳纤维是20世纪50年代末发展起来的新材料，主要包括以美国为代表的大丝束碳纤维和以日本为代表的小丝束碳纤维两大类。目前国产高性能纤维需要增加品种、稳定性能、降低价格、扩大应用、积累使用经验，力争在高端产品上替代进口。热固性树脂基体需要提高耐热、耐湿热性及韧性，满足更高的使用温度及功能需要，低温固化高温使用树脂、非加热固化树脂，超薄、长寿命预浸料的制造，与各类纤维更好地匹配；由于环保及制造成本的需求，热塑性树脂是行业需求的热点，还需要研发新品种，解决界面问题以便更好地与高性能连续纤维匹配，建立配套的预浸、成型设备等。

2、多渠道降低综合成本是先进复合材料拓展应用的手段与途径

今后先进复合材料的需求将以更快的速度增长，而其高成本已经成为制约复合材料广泛应用的瓶颈，低成本复合材料技术已成为目前世界上复合材料研究领域的一个核心问题。提高先进复合材料的性价比，除了在原材料、装配与维护等方面进行研究改进外，更重要的是降低复合材料制造成本。据统计，先进复合材料的制造工艺成本占总成本的75%以上，复合材料产品的性能与成本间存在明显的非线性关系。在过去的30多年中,复合材料的研究与开发重点放在材料性能和工艺改进上，目前的重点是先进复合材料的低成本制造技术，其中重点是低成本制备技术和制备技术的优化，使用专用的生产设备将在有批量的产品制造中显示出优势。而降低成本需要从设计伊始开始，优化结构、避免简单等代设计、选择适宜的材料、制造、评价方法、减少连接与装配等，提高构件的全寿命服役效果，从而降低全寿命成本。

3、环境友好的新材料应用促进行业扩展

由于国家对环保要求越来越严，化工行业受到了制约，成本也相应调整。非有机溶剂、低毒无毒溶剂乃至无溶剂的树脂及预浸料制造，制造过程减少能源消耗及废弃物产生，热固性复合材料报废构件的回收及再利用等成为行业研究的热点。

4、与复合材料配套的材料、设备应跟上步伐

复合材料构件除了上件的主体材料外，在涂装、密封、胶接等环节也急需与之耐温、耐环境配套的相容性好的材料，除制造构件的各类预浸机、自动铺放设备、激光定位设备、裁剪机、编织机、注射机、热压机、热压罐等设备外，在模具、机加工、检测、辅助材料等环节也需要配套的材料及相关的设备。

5、智能、结构-功能一体化材料的研发

智能复合材料是一类基于仿生学概念发展起来的高新技术材料，集成了传感器、信息处理器和功能驱动器等装置，可以实现自检测、自诊断、自调节、自恢复、自我保护等多种特殊功能，是实现飞行器结构与气动外形耦合，大幅度提高飞行器适应各种飞行状态能力的重要保障。美国国防部1997年颁布的“基础研究计划”，把先进智能材料与结构研究列为6项战略任务之一，欧洲多国合作的高速飞行轻质先进材料的气动与热载荷相互作用计划（ATLLAS）目标是评估用于高速运输机持续超声速和高超声速飞行的机身材料，通过力学行为分析、数字和试验等关键技术研究，为长期（15-20年）轻质先进高速运输机提供可靠的技术基础。目前有多种智能复合材料已应用于航空航天领域，例如纤维增强形状记忆复合材料、压电陶瓷智能复合材料、整体增韧纤维抗氧化复合防热结构等。通过智能控制可以实现复合材料结构基本承载功能的同时，实现结构的隔热、降噪、减振、结构健康监控、智能检测等多功能，从而实现未来飞行器的多功能结构，达到结构使用高效和飞行高效。今后在智能材料、结构-功能一体化材料的研发上还要加大研发力度。

6、新型复合材料的研发是先进复合材料可持续发展的趋势与动力

新型航空航天器等高端构件的发展不断追求高效能、低成本、长寿命、高可靠、环境友好，对其材料与结构的综合要求越来越高。研发新型复合材料势在必行，在现有材料性能基础上继续挖掘先进复合材料潜力，如超轻材料与结构技术力求轻上加轻，纳米复合使其强上加强，多功能化追求功上加功。复合材料创新包括复合材料的技术发展、复合材料的工艺发展、复合材料的产品发展和复合材料的应用，研发选择适合的材料与工艺，达到行业可接受的性价比才能把复合材料扩大应用落到实处。

复合材料的下游行业主要是航空航天领域、汽车行业、新能源行业、船舶行业、医药行业、化工行业、体育器材等，这些行业受国民经济运行周期的影响比较小，并且随着全球经济的增长，人们生活水平的逐步提高，产品整体需求会稳定增长。我国材料行业在经过十几年的快速成长期后，已进入成熟期，行业将进入整合阶段，而复合材料行业刚进入成长期，未来行业整体盈利水平将呈现出稳步持续上升的态势。复合材料行业发展驱动因素主要包括三个：研发技术水平不断提高、市场需求缺口大以及国家政策的大力支持。“十三五”国家科技创新规划指出，围绕重点基础产业、战略性新兴产业和国防建设对新材料的重大需求，加快新材料技术的突破和应用，是关乎传统工业是否能够升级为智能制造的关键因素。相信在业界同仁的共同努力下，先进复合材料会成为引领产业结构升级换代、加速国产品牌走向世界的催化剂。

来源：sampe

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来源：碳纤维生产技术

企业利润·2021年度上半年光威复材vs中简科技vs吉林碳谷vs精功科技净利润情况

光威复材：上半年实现净利润4.34亿元同比增长23.40%公司上半年实现营业收入12.83亿元，同比增长27.73%；实现归属于上市公司股东的净利润4.34亿元，同比增长23.40%；光威复材表示，碳纤维(含织物)及预浸料收入增加带动上半年公司营收的高速增长。中简科技：2021年半年度净利润约9386万元同比增加0.43%2021年上半年营业收入约2.01亿元，同比增加19.36%；归属于上市公司股东的净利润盈利约9386万元，同比增加0.43%。精功科技：归母净利润6690.2万元公司2021上半年实现营业总收入8.4亿，同比增长84.2%；实现归母净利润6690.2万，同比增长800.4%。吉林碳谷：净利润为10991.75万元报告期内，公司实现净利润 10,991.75 万元，比上年同期增盈了 7,249.06 万元，盈利增长比例为 193.68%，公司盈利的主要原因为随着大丝束碳纤维原丝系列产品完成定型，产品品质不断优化，一级品率、满筒率稳步提升，产品获得市场所认可，产销两旺，平均销售价格得到提升，产品毛利率随之提升，提升了公司业绩。来源：碳纤维生产技术