复合材料发展要处理哪些问题

尽管新冠疫情持续蔓延，令行业面临诸多挑战，但到去年年底，有迹象表明，与复合材料行业相关的汽车和交通等众多领域开始复苏。运输业在虽然结构转型还远未完成，但目前行业已经开始正视挑战。然而，航空业目前还未恢复到以前水平，如今，航空航天的未来比以往任何时候都更依赖于其创新能力。

汽车工业：在未来几年内突破2017年的高水位线

与新冠疫情相关的停产对2020年的轻型汽车供需产生了极大的负面影响。2020年初的制造业停产使对材料的需求骤然停止，新冠疫情流行对经济影响进一步降低了全球对新型乘用车的需求。尽管到夏季恢复生产并且需求恢复高于预期，但2020年全球产量比上年依然下降20％。汽车用复合材料的销售量也相应下降，降至约35亿磅。

轻型汽车生产的恢复将是渐进的，并具有明显的地区差异。中国是首先受到冠状病毒影响的大市场，预计到2022年将完全恢复到2017年的水平。欧盟和北美等成熟市场的汽车需求在新冠疫情大流行之前有所放缓，并且在2025年之前恐怕难以恢复到2017年的水平。对于随市场涨跌的汽车商品供应商来说，复苏之路将是漫长而缓慢的。

幸运的是，许多复合材料不是商品，由于它们在成本、重量和性能方面与竞争材料相比具有明显优势，因此市场份额正在增加。由于二氧化碳排放和燃油经济性的法规监管，对轻质材料的需求超过了市场的增长。在2021年至2030年之间，欧洲二氧化碳排放限制将收紧60%以上。美国可能会重新考虑暂停奥巴马时代的燃油经济性标准，这可能需要在2020年至2025年之间将车队燃油经济性提高23％。

使用轻质材料（包括复合材料）可以帮助原始设备制造商OEM满足法规要求，保持消费者的吸引力。从2008年到2018年，先前的效率法规帮助复合材料在汽车应用中每年增加2％，鉴于当前的法规环境，这种趋势可能会持续下去。

然而，仅靠轻质材料并不能使OEM满足较高的燃油经济性要求。因此，汽车制造商计划在未来几年内部署一种新的混合电动汽车动力系统。这将包括大量增加混合动力、电池电动和燃料电池汽车，以补充内燃机。电动汽车的兴起为电池盒、氢燃料箱和其他要求轻量化和耐腐蚀的部件中的复合材料创造了机会。

此外，在设计这些新车时，可以利用零件整合的机会。这些因素可能使复合材料在未来十年中占据更多的汽车材料用量份额，并将有助于推动汽车复合材料的总销量在2023年之前超过2017年的水平。

复合材料行业的增长潜力可通过将汽车产量和汽车复合材料的销量指数化以2017年为基准年并预测到2025年的需求来进行说明。如果复合材料继续像过去十年那样以每年高于市场2%的速度增长，到2023年，汽车复合材料的产量将超过基准年的2017年，但全球汽车产量预计不会在2025年之前恢复到2017年的水平。

尽管2020年对于汽车行业和复合材料制造商来说是艰难的一年，但汽车复合材料的长期前景是光明的。根据成本、重量和性能方面的价值，该行业将在未来几年内突破2017年的高水位线。

2020年新冠疫情给许多行业和生活方方面面带来了重大影响和破坏，汽车和复合材料行业也不例外，两者都受到了新冠疫情的巨大影响，其影响将在未来几年内显现出来。然而，对于复合材料制造商而言，有一个好消息是，预期的汽车行业复苏、全球环境监督和电动汽车的激增将为复合材料和轻质汽车材料提供很有前途的前景。

航空航天：以创新为基础的技术解决方案对于其成功至关重要

在过去的几年里，航空航天业受到了一系列事件的巨大影响，最显著的是波音737 Max的停飞和新冠疫情流行。2020年11月18日，美国联邦航空局局长Steve Dickson取消了2019年3月13日发布的波音737 Max停飞令。但是期间的18个月给整个行业带来了巨大损失。

此外，在新冠疫情大流行期间，波音公司和空中客车公司都不得不暂时关闭其设施。正如预期的那样，波音和空中客车公司都在为大幅降低生产率和降低订单而苦苦挣扎。

随着航空航天工业的复苏，以创新为基础的技术解决方案对于其成功至关重要。利用计算机功能的项目继续推动复合材料制造业在航空航天领域的发展，其中包括集成计算材料工程（integrated computational materials engineering，ICME），它可以利用不同模型框架之间的数据流进行数字制造，3D打印部件及其完整性认证验证的差距越来越大，而通过使用分析学可以弥补这一差距。

借助ICME，航空航天制造商可以在涵盖整个组织的框架中看到敏捷性的显著优势。复合材料是理想的材料系统，可以驱动建模、分析或数字孪生方法增加价值，在这种方法中，复合材料成分、添加剂及其形态的复杂性不仅在成分选择方面而且在制造工艺方面都带来无数的性能差异。当通过计算可以显著减少客户要求与FAA认证之间的时间时，这就显得格外重要。

美国现代化新型技术和优先考虑事项的交叉点一直集中在高超音速、太空和网络安全领域，后者给整个航空航天供应链带来了巨大挑战，尤其是对保护信息的需求。从2020年11月30日开始，美国国防部（DOD）引入了一种自我评估方法，要求DOD供应链量化并报告其当前的网络安全合规性。在创新方面，政府机构继续促进初创技术开发商与一级航空航天公司之间的合作。空军AFWERX计划就是一个例子，该计划促进了整个行业、学术界和军队之间的联系。

对这些新兴技术至关重要的是材料的进步，基于马赫数5到马赫数20之间最恶劣的空间环境中生存的材料的需求，导致对增材制造用陶瓷基复合材料的研究和投资有所增加。为了在航空航天领域站稳脚跟，复合材料行业可以借鉴在聚合物基复合材料和金属基复合材料中获得的经验教训，利用ICME工作流程为陶瓷基复合材料的模型驱动设计提供依据。此外，将专家知识转换为基本的2×2正交实验设计，在同一试验中比较传统材料，将为使用新的复合材料和制造方法建立信心。

尽管基础指标历来包括高强度重量比、耐腐蚀和耐化学腐蚀性能，但新的行星外空间要求在极端高温和低温下都具有长周期服役能力。如美国航空航天学会（AIAA）标准指导委员会（SSC）等机构资源服务为标准制定做出了贡献，这将有助于使航空航天利益相关者之间的测试和其他活动标准化。

总之，航空航天的未来比以往任何时候都更依赖于其创新能力。这将需要政府、主要机构、供应链和初创公司利益相关者之间的综合发展。每个利益相关者在平衡合规性和业务模式中断以确保反弹方面将发挥重要作用。

玻璃纤维：2021年的前景更加光明

由于新冠疫情影响，2020年是复合材料行业的危机年，因为疫情引发了现金流和需求危机、供应链中断和工人安全问题。虽然2020年充满挑战，但2021年的前景似乎更加光明。

2020年初，美国复合材料行业起步相当不错，并显示出与2019年相似的良好增长迹象。到3月底，新订单推迟甚至被取消。在第二季度，特别是在4月和5月，疫情流行影响最大，导致了自大萧条以来最严重、最剧烈的经济收缩。夏季有超过2000万人失业，各行各业的工厂也被关闭。运输、建筑和海运业受到的打击最大，导致2020年第二季度美国玻璃纤维的需求与2020年第一季度相比减少了20％。

但是，2020年下半年成为经济和复合材料行业复苏最快的时期。自2020年7月以来，在刺激计划和工厂重新开张的推动下，美国复合材料行业的各种最终用途行业的需求开始增长，包括汽车、船舶和建筑行业。因此，与2020年第二季度相比，美国玻璃纤维市场在2020年第三季度增长了约23%。

在2020年第四季度，美国玻璃纤维市场保持强劲，11月的增长率与2019年11月相比约为5%。到2020年底，玻璃纤维市场无法从大流行中完全恢复过来，预计将下降约6％，需求降至24.4亿磅，而2019年为25.9亿磅。冠状病毒对整个价值链的影响都是不规律的，汽车、管道和储罐、航空航天和海洋应用呈显著下降趋势，而风能、电气和电子以及建筑业仍保持良好发展态势。

风电行业是2020年的一个亮点，尽管由于供应链瓶颈、跨境运输问题和政府的限制在3月和4月暂时放缓，但风能产业仍实现了两位数的增长。总体而言，市场增长是因为风电场开发商急于在年底预期到期之前及时开工，以获得生产税抵免资格。

COVID-19迫使高管们重新思考复合材料行业的未来。在某些细分市场中，过剩的产能加剧了缓慢的复苏，如航空航天业。波音公司首席执行官Dave Calhoun估计，航空旅行需要2至3年时间才能恢复到COVID之前的水平。

消费者对可持续性的意识也越来越高，这促使行业参与者在材料和复合材料零件的生产中探索绿色材料、可再生能源和回收技术。此外，大多数部门越来越多地使用数字技术来改变工作和劳动力。

在去年12月批准的新刺激方案和冠状病毒疫苗的帮助下，Lucintel预计2021年第1季度和第2季度在美国玻璃纤维行业中将有良好的复苏。汽车、住房、管道和储罐、电气和电子产品、消费品和海洋的有利趋势将导致2021年玻璃纤维市场以8%至10%的速度增长，达到或超过2019年的需求水平。

碳纤维：所有细分市场都具有巨大增长潜力

自2010年以来，全球碳纤维市场已从不到4万吨增长到2019年的10万吨以上。在此期间，碳纤维增长平稳且不间断，每年增长速度达到10％到12％。

但是2020年，随着COVID-19大流行来袭，全球碳纤维几乎在一夜之间发生了变化。2020年，全球对碳纤维的需求总计约为10.5万吨，仅比2019年增长1％，预计在2021年，增长幅度也仅为1％。

碳纤维市场受到许多领域应用增长的推动，例如航空航天、风能、体育用品、船舶、汽车、压力容器等。在2020年之前，所有这些细分市场的增长率以及整个行业的增长率都在稳步上升。

但是随着2020年初边境的关闭，国际航空旅行停止，飞机停飞，飞机制造商大幅削减了生产率，碳纤维行业似乎在瞬间失去了动力。碳纤维在航空航天领域的应用占工业总量的20%以上，占行业价值的40％。商业航空业的放缓严重影响了碳纤维行业，要恢复到疫情之前的水平可能要花费数年的时间。

尽管航空航天方面的消息令人沮丧，但2020年并非所有的都是坏消息。当人们学会了居家工作和在家附近度假时，一些市场表现良好，如在2020年，体育用品的需求跃升了30％至40％，风力涡轮机的安装按计划继续比上一年增加了20％。

按照最终用途市场划分，2020年碳纤维应用市场细分大致如下：

风能—23％；

航空航天—20％；

体育用品—12％；

汽车—10％；

压力容器—10％；

用于注塑塑料和其他短纤维应用的复合材料—8％；

建筑和基础设施—8％；

其他细分市场—9％

正如疫情之前的时期一样，随着新应用和项目的投产，碳纤维的所有细分市场都具有巨大的增长潜力。在新冠疫情暴发之前，碳纤维具有吸引力的潜在长期大趋势保持不变。碳纤维的优点——刚度、高强度重量比、耐腐蚀性、导电性等——至今仍然有效。为了实现增长，碳纤维和CFRP零件必须同时具有技术和经济效益。

因此，人们对推动碳纤维整体需求的各个行业和应用有着不同的看法，有些行业下滑，有些行业则会上涨。那些已经收缩的领域尤其是航空航天领域，导致碳纤维行业的总量在2020年看起来相对平稳，预计2021年只会有非常温和的增长。但是，长期前景更为乐观。在未来几年内，可以合理预期碳纤维行业将再次恢复较强劲的同比增长。

至于碳纤维行业的产能，全球碳纤维生产商的铭牌产能合计约为16万吨，足以满足当前需求。一些生产商正在计划增加新的工厂和产能，以满足日益增长的未来需求。最后，必须牢记，碳纤维仍处于早期发展阶段。飞机是通过手工制造的，每天只有一两架；其他应用稍高一些，但仍然没有自动化。与之相比，汽车的批量生产速度超过每分钟一辆。如今，碳纤维仍主要用于小批量应用，尚未实现“大量生产”。

总而言之，新冠疫情给碳纤维行业带来了一定的打击，但这只是暂时的。尽管在这不平凡的一年里发生了很多事情，但碳纤维的未来还是充满希望的，未来几年的发展也将会十分有趣。

建筑与基础设施：建设有所缩减，可能是行业的转折点

当人们在谈论复合材料主要应用领域时，建筑工业往往不是位居榜首，但它却一直在发展。全球建筑经济是世界上最大的建筑经济体之一，也是最大的资源和能源消费领域之一，它同样也是最大的污染源之一，这些因素共同推动了对可持续发展的全面需求，复合材料在其中可以发挥作用。

根据《全球建筑展望》和牛津经济研究院发布的《2030年全球建筑》，预计到2030年，全球建筑业产值将增长85％，达到15.5万亿美元，其中大部分增长将集中在美国、中国和印度。麦肯锡全球研究所报告称，到2025年，全球20个最大的城市将需要3600万套新住房。

建筑业的其他研究表明，美国23%的空气污染、40%的水污染和50%的垃圾填埋场垃圾都是建筑业造成的。此外，美国绿色建筑委员会说，建筑物和建筑项目每年约占全球能源消耗的40％。

复合材料在建筑中的作用是多种多样的，从窗框和木材增强到复合材料钢筋和纤维增强混凝土。无论使用哪种材料，复合材料的轻量化、设计灵活性和耐用性优势都有助于加快施工速度，提高建筑的可持续性得分。

以阿拉伯联合酋长国（UAE）迪拜正在建设的未来博物馆为例，这座78米高的建筑有七层楼，里面有一个环形外壳，位于三层裙楼顶上。圆环的外立面包括1024块阻燃复合材料板，每个面板均覆盖有不锈钢，具有独特的3D形状，并融合了模制的阿拉伯文字。

在美国纽约州布鲁克林，增材制造复合材料帮助加快了45层高的One South First和相连的10 Grand的建设速度，这些建筑位于Domino Park内。这些建筑物包括一个复杂的混凝土立面，需要通过浇口预制数百个混凝土框架。Gate聘请了添加剂工程解决方案公司（AES）来帮助制造用于塑造混凝土框架的模具。在部分生产中，AES选择了LNP Thermomp AM复合材料，一种高模量、低翘曲的材料，由SABIC提供的短切碳纤维增强ABS树脂材料。

由于新冠疫情的到来，2021年的住宅建设和公共建设都会有所委缩。大多数基础设施和公共建筑的建设将受到政府实体的预算平衡、税收和收费收入的下降以及与大流行相关的未预算支出的限制。在短期内，只有少数非住宅利基市场看起来很有希望。其中包括对许多类型的现有设施进行翻新，以适应与冠状病毒相关的要求。此外，在医院和疗养院之外需要更多的设施来提供医疗、筛查和测试。学校建设可能是部分例外。随着更多家庭的搬迁，对新建和改建或扩建学校的需求将不断增长。

新冠疫情的流行增加了对替代稀缺的现场熟练工人的方式的需求。在某种程度上，复合材料和产品可以替代现场制造，或者由经验较少或技能水平较低的工作人员更快地安装，即使产品本身成本更高，对复合材料的需求也将不断增长。

因此，对于承包商而言，2021年可能是充满挑战的一年。但这可能标志着希望打入建筑市场的复合材料制造商的转折点。

你好，算是。

相变储能材料将暂时不用的能量储存起来，到需要时再将其释放，从而可以缓解能量供与求之间的矛盾，节约能源，因此受到越来越广泛的重视和深入的研究。介绍了相变材料在太阳能、建筑、纺织行业、农业等工业与民用方面的应用，概括和评述了相变储能复合材料的制备方法厦其研究进展，指出当前存在的问题以厦目前值得深入研究的课题。

随着全球工业的高速发展，自从20世纪70年代出现了能源危机及大量的能源消耗导致的环境污染和温室效应，人们一直在研究高效能源、节能技术、可再生环保型能源、太阳能利用技术等。

相变储能是提高能源利用效率和保护环境的重要技术，也是常用于缓解能量供求双方在时间、强度及地点上不匹配的有效方式，在太阳能的利用、电力的“移峰填谷”、废热和余热的回收利用、工业与民用建筑和空调的节能等领域具有广泛的应用前景，目前已成为世界范围内的研究热点。利用相变材料的相变潜热来实现能量的储存和利用，有助于提高能效和开发可再生能源，是近年来能源科学和材料科学领域中一个十分活跃的前沿研究方向。

相变储能材料是指在其物相变化过程中，可以与外界环境进行能量交换(从外界环境吸收热量或者向外界环境放出热量)，从而达到控制环境温度和利用能量的目的的材料。与显热储能相比，相变储能具有储能密度高、体积小巧、温度控制恒定、节能效果显著、相变温度选择范围宽、易于控制等优点，在航空航天、太阳能利用、采暖和空调、供电系统优化、医学工程、军事工程、蓄热建筑和极端环境服装等众多领域具有重要的应用价值和广阔的前景。

1相变储能材料

20世纪30年代以来，特别是受70年代能源危机的影响，相变储热(LTEs)的基础理论和应用技术研究在发达国家(如美国、加拿大、日本、德国等)迅速崛起并得到不断发展。材料科学、太阳能、航天技术、工程热物理、建筑物空调采暖通风及工业废热利用等领域的相互渗透与迅猛发展为LTEs研究和应用创造了条件。LTES具有储热密度高、储热放热近似等温、过程易控制的特点。潜热储热是有效利用新能源和节能的重要途径。提高储热系统的相变速率、热效率、储热密度和长期稳定型是目前面临的重要课题。研究潜热储热的核心是研究材料的相变传热过程。

2相变储能材料的机理

相变材料从液态向固态转变时，要经历物理状态的变化，在这两种相变过程中，材料要从环境中吸热，反之，向环境放热。

在物理状态发生变化时可储存或释放的能量称为相变热，发生相变的温度范围很窄。物理状态发生变化时，材料自身的温度在相变完成前几乎维持不变。大量相变热转移到环境中时产生了一个宽的温度平台，该温度平台的出现体现了恒温时间的延长，并可与显热和绝缘材料区分开来(绝缘材料只提供热温度变化梯度)。相变材料在热循环时储存或释放显热。

相变材料在熔化或凝固过程中虽然温度不变，但吸收或释放的潜热却相当大。以冰一水的相变过程为例，对相变材料在相变时所吸收的潜热以及普通加热条件下所吸收的热量作一比较：当冰融解时，吸收335J／g的潜热，当水进一步加热.每升高1℃，它只吸收大约4J／g的能量。因此，由冰到水的相变过程中所吸收的潜热几乎比相变温度范围外加热过程的热吸收高80多倍。除冰一水之外，已知的天然和合成的相变材料超过500种，且这些材料的相变温度和储热能力各不相同。把相变材料与普通建筑材料相结合，还可以形成一种新型的复合储能建筑材料。这种建材兼备普通建材和相变材料两者的优点。

目前，采用的相变材料的潜热达到170J/g左右，而普通建材在温度变化1℃时储存同等热量将需要190倍相变材料的质量。因此，复合相变材料具有普通建材无法比拟的热容，对于房间内的气温稳定及空调系统工况的平稳是非常有利的。

相变材料应具有以下几个特点：凝固熔化温度窄，相变潜热高，导热率高，比热大，凝固时无过冷或过冷度极小，化学性能稳定，室温下蒸气压低。此外，相变材料还需与建筑材料相容，可被吸收。

3相变储能材料的应用领域

相变储能材料在许多领域具有应用价值，包括太阳能利用、电力调峰、废热利用、跨季节储热和储冷、食物保鲜、建筑隔热保温、电子器件热保护、纺织服装、农业等等。

3.1在太阳能方面的应用

太阳能清洁、无污染，而且取用方便。利用太阳能是解决能源危机的重要途径之一。但是由于到达地球表面的太阳辐射能量密度并不高，而且受地理、昼夜和季节等规律性变化的影响，及阴晴云雨等随机因素的制约，其辐射强度也不断发生变化，而且具有稀薄性、非连续性和不稳定性。所以为了保持供热或供电装置稳定不问断地运行，就需要通过贮热装置把太阳能贮存起来，在太阳能不足时再释放出来，从而满足生产、生活用能连续和稳定供应的需要。一些工业发达的国家昼夜用电存在“谷峰差”，可以利用相变材料在夜间储存能量(电能转化的热能或者冷能)，到白天用电高峰时再释放出来使用，缓解电网负荷。

相变储能材料即可满足这一要求。例如美国管道系统公司(Pipe System Inc.)应用CaCl2·6H2O作为相变储能材料制成贮热管，用来贮存太阳能和回收工业中的余热。该公司称：100根长15cm、直径9crn的聚乙烯贮热管就能满足一个家庭所有房间的取暖需要。法国ElFUnion公司和美国的太阳能公司(SOlar Inc.)用NaSO4·10H2O作相变材料来储存太阳能，也都是应用较成功的实例。

3 2在生态建筑业方面的应用

有关资料显示：社会一次能源总消耗量的1／3用于建筑领域。提高建筑领域能源使用效率，降低建筑能耗，对于整个社会节约能源和保护环境都具有显著的经济效益和社会影响。生态建筑是可持续发展的重要手段之一。在生态建筑中，相变储能复合材料可以帮助利用太阳能、季节温差能等可再生能源，有效降低建筑物室内温度波动、缩减各种热能设备、降低能源支出和提供健康舒适的室内环境}可以利用低峰电力、削峰填谷，降低电能消耗，缓解电力紧张。尤其是近年来，随着高层建筑的快速发展，大量采用轻质建筑材料，而轻质建筑材料的热容比较低，不利于平抑室内温度波动。在轻质建筑材料中加入相变材料是解决这一问题的有效方法。

此外，利用相变材料作为室内保温装置已进入实用阶段。在有暖气的室内安装相变材料蓄热器后，当通人暖气时，它会把热贮存起来；当停止送暖气时，它会放出热量，维持室内的温度较为恒定。如果在室内的地板和天花板使用相变材料，由于相变材料的贮热和放热作用，则可将室内温度梯度降低到小于5℃的舒适状态。相变材料还可用在空调节能建筑上，这是一种比较新的应用，通过在墙、屋顶、门窗、地板中“加人”相变材料，可提高空调的使用效率，节约能源，而且室内环境的舒适度也得到了提高。

相变储能复合材料在建筑领域中一个很有前景的应用方式是将相变材料与现存的通用多孔建筑材料复合，即将相变材料储藏在多孔建筑材料中，使这些建筑材料同时具有承重和储能的双重功能，成为结构一功能一体化建筑材料。采用这样的多功能建筑材料，在为建筑增加功能的同时，无需占用额外建筑空间，降低了建筑成本，是一种性价比较高的新型建筑材料，具有明显的市场竞争力。

3.3在服装纺织品方面的应用

根据人体的冷热舒适特点，结合气候条件的差异，选择相变温度适当的相变材料，可以为人体有效地提供一个舒适的微气候环境，提高生活质量和工作效率。美国Kallsas州立大学的shim等研究表明，含相变材料的纺织品能使人体在较长时间内处于舒适状态。在纺织服装中加入相变储能材料可以增强服装的保暖功能，甚至使其具有智能化的内部温度调节功能。把相变材料掺人纺织品后，如果外界环境升高，则相变材料熔化而吸收热能，使得体表温度不随外界环境升高而升高；如果外界环境降低，则相变材料固化而放出热能，使得体表温度不随外界环境降低而降低。

对以严寒气候，宜选择相变温度为18.3～29.4℃的相变材料；对以温暖气候，宜选择相变温度为26.7～37.7℃的相变材料；对以炎热气候.宜选择相变温度为32.2～43.3℃的相变材料。固液相变储能材料在液态时容易流动散失，所以其应用于纺织品时必须采用微胶囊化的形式，即微胶囊相变材料MPcMs。制备微胶囊的物理工艺主要有：喷射烘干、离心流失床或涂层处理。石蜡类烷烃和聚乙二醇是常用于纺织品的相变材料。目前这方面的代表是Outlast公司发明的相变储能纤维——outlast fiber。0utlast fiber是一种采用微胶囊技术生产的特殊纤维，根据使用要求可以具有不同的相变温度。

3.4在农业上的应用

温室在现代农业中有着举足轻重的地位，它在克服恶劣的自然气候、拓展农产品品种和提高农业生产技翠等方面具有重要的价值。温室的核心是控制适宜农作物生长的温度和湿度环境。1987年11月我国在河北省安国县设计建造了一座农用太阳能温室，内部设置的潜热蓄热增温器就是利用相变材料的潜热特性。潜热蓄热增温器储存农用栽培温室中自天过量的太阳能，当夜晚温度下降到定范围后释放出储存的这部分热能，使天之中温室内温度曲线的高峰区有所下降，而低谷区有所上升，昼夜之间的温差变小。这既保证冬季蔬菜等作物的正常生长，叉不需另设常规燃料增温设备，节约了蒸气锅炉、燃油暖风机等基本建设投资和日常燃料的消耗。结果表明，温室冬季夜间最低温度可以提高6℃，增温效果明显。

日本专利报道，用NaSO4·10H2O、NaCO3·10H2O、CH3COONa·3H2O作相变材料，用硼砂作过冷抑制剂，用交联聚丙烯酸钠作分相防止剂，制成在20℃相变的储能相变材料。该材料可用于园艺温室的保温。

在农业上，最先采用的相变材料是CaCl·6H2O，随后又尝试了NaSO4·10H2O、石蜡等。研究结果表明：相变材料不仅能为温室储藏能量，还具有自动调节温室内湿度的功能，能够减少温室的运行费用和降低能耗。

4相变储能复合材料的研究现状

单一的相变材料存在很多缺点，如绝大多数无机物相变材料具有腐蚀性，相变过程中存在过冷和相分离的缺点。为防止无机物相变材料的腐蚀，储热系统必须采用不锈钢等特殊材料制造，从而增加了制造成本；为抑制无机物相变材料在相变过程中的过冷和相分离，需通过大量试验研究，寻求好的成核剂和稳定剂。因此，相变材料通常是由多组分构成的，包括主储剂和相变点调整剂、防过冷剂、防相分离剂和相变促进剂组分。有机物相变材料则因相变潜热低，易挥发、易燃烧、价格昂贵，特别是其热导率较低、相变过程中的传热性能差，在实际应用中通常采用添加高热导率材料如铜粉、铝粉或石墨等作为填充物以提高热导率，或采用翅片管换热器依靠换热面积的增加来提高传热性能，但这些强化传热的方法均未能解决有机相变材料热导率低的本质问题。

近年来，为了克服单一相变储能材料的缺点，更好地发挥其优点，复合相变材料应运而生。它既能有效克服单一的无机物或有机物相变材料存在的缺点，又可以改善相变材料的应用效果，拓展其应用范围。目前相变储能材料的复合方法有以下几种。

4.1胶囊型相变材料

为了解决相变材料在发生固一液相变后液相的流动泄漏问题，特别是对于无机水合盐类相变材料还存在的腐蚀性问题，人们设想将相变材料封闭在球形的胶囊中，制成胶囊型复合相变材料来改善应用性能。

其中，溶胶一凝胶法(Sol—gel)就是近年来发展比较迅速的一种。溶胶一凝胶工艺是一种独特的材料合成方法，它是将前驱体溶于水或有机溶剂中形成均质溶液，然后通过溶质发生水解反应生成纳米级的粒子并形成溶胶，溶胶经蒸发干燥转变为凝胶来制备纳米复合材料。它与传统共混方法相比较具有一些独特的优势：①反应用低粘度的溶液作为原料，无机一有机分子之间混合相当均匀，所制备的材料也相当均匀，这对控制材料的物理性能与化学性能至关重要；②可以通过严格控制产物的组成，实行分子设计和剪裁；③工艺过程温度低，易操作；④制备的材料纯度高。

林怡辉等采用溶胶—凝胶法，以二氧化硅作母材、有机酸作相变材料，合成复合相变材料。二氧化硅是理想的多孔母材，能支持细小而分散的相变材料，加入适合的相变材料后，能增进传热、传质，其化学稳定和热稳定性好。有机酸作相变材料克服了无机材料易腐蚀、存在过冷的缺点，而且具有相变潜热大、化学性质稳定的优点。

Lee Hyoen Kook研究出一种球形储热胶囊。其制备方法如下：先将无机水合盐类相变材料(如三水乙酸钠)与一定量的成核剂和增稠剂混合均匀后，制成直径为0.1～3mm的球体作为核，然后再在球形相变材料核的外表面涂覆1层憎水性的蜡膜以及1～3层聚合物膜，最后得到直径在0.3～10mm之间的胶囊型相变材料。

采用胶囊化技术制备胶囊型复合相变材料能有效解决相变材料的泄漏、相分离以及腐蚀性等问题，但胶囊体的材料大都采用热导率较低的高分子物质，从而降低了相变材料的储热密度和热性能。此外，寻求工艺简单、成本低以及便于工业化生产的胶囊化工艺也是需要解决的难题。

4.2与高分子材料复合制备定形相变材料

为了克服传统的相变材料在实际应用中需要加以封装或使用专门容器以防止其泄漏的缺陷，近年来，出现了将有机相变材料与高分子材料进行复合，制备出在发生相变前后均呈固态而保持形体不变的定形相变材料。

其中一种制备工艺是将相变材料(如石蜡)与高分子物质(如聚乙烯)按一定比例在热炼机上进行加热共混。肖敏等将石蜡与一热塑性体苯乙烯丁二烯苯乙烯三嵌段共聚物(sBs)复合，制各了在石蜡熔融态下仍能保持形状稳定的复合相变材料。复合相变材料保持了纯石蜡的相变特性，其相变热焓可高达纯石蜡的80％。复合相变材料的热传导性比纯石蜡好，因此其放热速率比纯石蜡快，但由于sBs的引人，其对流传热作用削弱，所眦蓄热速率比纯石蜡慢。在复合相变材料中加入导热填料膨胀石墨后，其热传导性进一步提高，以传导传热为主的放热过程更快，放热速率比纯石蜡提高了1.5倍；而在以对

流传热为主的蓄热过程中，由于热传导的加强效应与热对流减弱效应相互抵消，保持了原来纯石蜡的平均蓄热速率。

这样既充分发挥了定形固液相变材料的优点：无需容器盛装，可直接加工成型，不会发生过冷现象，使用安全方便；也克服了固一液相变材料明显的缺陷：在相变介质中加入热导率较低的聚合物载体后，导致本来热导率就不高的有机相变材料的热导率更低了，并且还造成整个材料蓄热能力的下降。

4.3利用毛细管作用将相变材料吸附到多孔基质中

利用具有大比表面积微孔结构的无机物作为支撑材料，通过微孔的毛细作用力将液态的有机物或无机物相变储热材料(高于相变温度条件下)吸人到微孔内，形成有机／无机或无机／有机复合相变储热材料。在这种复台相变储热材料中，当有机或无机相变储热材料在微孔内发生固一液相变时，由于毛细管吸附力的作用，液态的相变储热材料很难从微孔中溢出。

多孔介质种类繁多，具有变化丰富的孔空间，是相变物质理想的储藏介质。可供选择的多孔介质包括石膏、膨胀粘土、膨胀珍珠岩、膨胀页岩、多孔混凝土等。采用多孔介质作为相变物质的封装材料可使复合材料具有结构功能一体化的优点，在应用上可节约空间，具有很好的经济性。多孔介质内部的孔隙非常细小，可以借助毛细管效应提高相变物质在多孔介质中的储藏可靠性。多孔介质还将相变物质分散为细小的个体，有效提高其相变过程的换热效率。

5相变储能材料存在的问题和应用展望

5.1存在的问题

我国现阶段相变储能材料的研究和应用方面仍然存在以下一些问题。

(1)相变储能材料的耐久性问题。这个问题主要分为三类。首先，相变材料在循环相变过程中热物理性质的退化。其次，相变材料从基体材料中泄露出来，表现为在材料表面结霜。另外，相变材料对基体材料的作用，相变材料相变过程中产生的应力使得基体材料容易破坏。

(2)相变储能材料的经济性问题。这也是制约其广泛应用于建筑节能领域的障碍，表现为各种相变储能材料及相变储能复合材料价格较高，导致单位热能的储存费用上升，失去了与其他储热方法的比较优势。

(3)相变储能材料的储能性能问题。储能性能有待更进一步地提高。特别是对于相变储能复合材料来说，为了使储能体更加小巧和轻便，要求相变储能复合材料具有更高的储能性能，目前的槽变储能复合材料的储能密度普遍小于120J／g。有学者预测，通过增加相变物质在复合材料中的含量和选择相变焓更高的相变物质，在未来数年内，将有可能将相变储能复合材料的储能密度提高到150～200J／g。

5.2应用展望

相变储能材料的开发已逐步进入实用阶段，主要用于控制反应温度、利用太阳能、储存工业反应中的余热和废热。低温储能主要用于废热回收、太阳能储存及供暖和空调系统。高温储能用于热机、太阳能电站、磁流体发电及人造卫星等方面。此外，固一固相变储能材料主要应用在家庭采暖系统中，与水合盐相比，具有不泄漏、收缩膨胀小、热效率高等优点，能耐3000次以上的冷热循环(相当于使用寿命25年)}把它们注入纺织物，可制成保温性能好、重量轻的服装}可用于制作保温时间比普通陶瓷杯长的保温杯}含有这种相变材料的沥青地面或水泥路面，可以防止道路、桥梁结冰。因此，它在工程保温材料、医疗保健产品、航空航天器材、军事侦察、日常生活用品等方面具有广阔的应用前景。今后相变储能材料的发展主要体现在以下几个方面：

(1)进一步筛选符合环保的低价的有机相变储能材料，如可再生的脂肪酸及其衍生物。对这类相变材料的深入研究，可以进一步提升相变储能建筑材料的生态意义。

(2)开发复合相变储热材料是克服单一无机或有机相变材料不足、提高其应用性能的有效途径。

(3)针对相变材料的应用场合，开发出多种复合手段和复合技术，研制出多品种的系列复合相变材料是复合相变材料的发展方向之一。

(4)开发多元相变组合材料。在同一蓄热系统中采用相变温度不同的相变材料合理组合，可以显著提高系统效率，维持相变过程中相变速率的均匀性。这对于蓄热和放热有严格要求的蓄能系统具有重要意义。

(5)进一步关注高温储热和空调储冷。美国NAsA Lewis研究中心利用高温相变材料成功地实现了世界上第一套空间太阳能热动力发电系统2kw电力输出，标志这一重要的空间电力技术进入了新的阶段。太阳能热动力发电技术是一项新技术，是最有前途的能源解决方案之一，必将极大地推动高温相变储热技术的发展。另外.低温储热技术是当前空调行业研究开发的热点，并将成为重要的节能手段。

(6)纳米复合材料领域的不断发展为制备高性能复合相变储热材料提供了很好的机遇。纳米材料不仅存在纳米尺寸效应，而且比表面效应大，界面相互作用强。利用纳米材料的特点制备新型高性能纳米复合相变储热材料是制备高性能复合相变材料的新途径。

先来看看什么是复合材料和高性能复合材料？

复合材料，是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。

　 复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类。金属基体常用的有铝、镁、铜、钛及其合金。非金属基体主要有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、硼纤维、芳纶纤维、碳化硅纤维、石棉纤维、晶须、金属丝和硬质细粒等。

　 复合材料应用广泛，主要在基础建设和建筑工程领域、交通运输领域、汽车复合材料、能源与环保领域、航空航天领域。其中，风电、高铁和汽车、高温气脱硫、军工用复合材料是发展热点领域。

高性能复合材料顾名思义，就是性能较高的复合材料。

按照合成的原料不同，高性能纤维主要分为碳纤维、芳纶纤维、特殊玻璃纤维、超高分子聚乙烯纤维等，其中碳纤维、芳纶纤维、超高分子聚乙烯纤维是当今世界三大高性能纤维，而碳纤维尤其值得关注。

据美国市场研究机构提供的数字，2015年前，全球碳纤维市场需求将保持13%的增长，而我国对碳纤维的需求增速却明显快于全球。据估计，至2015年，我国对碳纤维总体需求将达1.6万吨。而根据新材料产业规划，“十二五”末我国碳纤维产能为1.2万吨。

而目前碳纤维新材料已进入快速扩张期，未来航天航空、油气开发、汽车、电子等领域将带动碳纤维材料需求大幅增长。据了解，日、美、德等国技术垄断集中度较高，原丝、炭化等关键环节由日、美等国控制，其中，小丝束碳纤维生产基本上被东丽、东邦和三菱等日本企业所控制，三者市场占有率达到70%左右，大丝束则主要由美国卓尔泰克、德国西格里和日本东邦控制，市场占有率为80%左右。

和其他的新材料面临的“技术壁垒”一样，从2000年开始，中国政府投入专项资金推动碳纤维技术的研发，目前利用自主技术研制的少数国产碳纤维产品已经达到了国际同类产品水平，但中国碳纤维产品数量的国有化率却依然不高。

　 树脂基复合材料以有机聚合物为基体，添加相应的纤维增强体构成，也称纤维增强塑料，是目前技术较为成熟、应用最为广泛的一类复合材料。

单一材料是日常生活中使用最多的物质，无论有机物还是无机物。随着科学技术的不断革新，人们对物质性能的要求越来越高。因此，复合材料的出现，受到了市场极大的欢迎。

复合材料是由两种或两种以上不同物质以不同方式组合而成的，能够融合和发挥各种材料的优点，扩大材料的应用范围。而树脂基复合材料就是其中的一大类。

树脂基复合材料以有机聚合物为基体，添加相应的纤维增强体构成，也称纤维增强塑料，是目前技术较为成熟、应用最为广泛的一类复合材料。根据纤维增强体的不同，树脂基复合材料可划分为玻璃纤维增强塑料、碳纤维复合材料、芳纶纤维增强塑料等。

“玻璃纤维增强塑料在我国的市场、产值、应用都已达世界先进水平，各品种都能满足市场需求。而碳纤维复合材料则主要运用于航空航天领域，在国内发展很快。”中国材料研究学会咨询部主任唐见茂教授。

复合材料横跨航天能源多领域

树脂基复合材料早在1932年就出现在了美国，主要用于航空航天方面，直到第二次世界大战结束后，这种材料才开始扩展运用到民用领域。它的生产工艺也从最初的手糊成型技术，发展到目前纤维缠绕成型技术、真空袋和压力带成型技术、喷射成型技术多种工艺并存，树脂基复合材料的质量和生产效率大幅提高。

而我国树脂基复合材料起步就显得较晚。从1958年才开始研究生产，首先用于军工制品，而后逐渐扩展到民用。另外，我国的生产工艺还是以国外引进为主。

目前，树脂基复合材料产业作为新兴产业，已被列为我国“十二五新材料规划”的发展重点。规划提出了低成本、高比强、高比模和高稳定性的目标，希望攻克树脂基复合材料的原料制备、工业化生产及配套装备等共性关键问题。

树脂基复合材料是多种物质的结合，具有多种物质的复合效应。具体表现方面，首先是质轻、力学性能好，具有比强度高、比模量大、抗疲劳性能及减震性能好等优点。其次，可设计性优良。能够通过改变纤维的质量分数和分布方向、添加适当添加剂使物质潜在的性能集中到必要的方向上。再次，复合材料的耐化学腐蚀性、电性能、热性能都能表现出优良的状态。

正因为复合材料有上述特性，被广泛地运用于航空航天、能源工业、建筑工业、轨道交通等领域，生产的产品包括汽车部件、飞机机翼、雷达、复合管道、风电叶片等。

　 在树脂基复合材料中，玻璃纤维增强塑料在中国的市场比较成熟，其市场、产值、应用都已达世界先进水平，应用较为广泛。而碳纤维复合材料则属于一种高端应用，代表了一个国家的整体科技水平和工业化水平，主要应用于航空航天等领域。

根据规划，到2015年，树脂基复合材料产量将达到530万吨，其中热固性复合材料产量300万吨，热塑性复合材料用量230万吨，将重点发展基础设施和建筑、能源及环保、交通运输及航天航空等相关的复合材料系列产品及其装备制造，特别注重新能源领域、海洋石油开发领域、电力建设领域、环保领域以及碳纤维复合材料为代表的先进复合材料的基础研究和应用研究与开发。

风力发电是世界可再生能源增长最快的领域，风力发电叶片被普遍认为是高性能碳纤维最重要的增长市场，特别是制造超大型风电机组所需叶片（2.5MW风电机组叶片长度达到40m，5MW的风电机组的叶片长度在60m以上），必须使用轻而强、刚而硬的高性能碳纤维复合材料，保证结构强度的同时避免叶片在风载作用下发生大变形甚至撞击风车支柱。风电机组的大型化和海上化都将极大地拉动对碳纤维叶片的需求增长。

废热固性塑料的回收利用 ◆ 废酚醛树脂(PF)的回收利用 酚醛树脂热解后可生产活性炭，在600℃的高温下持续30分钟，PF即可被炭化形成炭化物，用盐酸溶液将炭化物中的灰分溶解掉，增大炭化物的比表面积，然后在850℃的高温下用水蒸气喷淋，得到活性炭，产率达12%，活性炭的比表面积达1900m2/g，吸附力强，对十二烷基苯磺酸钠的吸附能力大于通用活性炭的3-4倍。 ◆ 废不饱和聚脂(SMC)的回收利用 SMC的回收利用主要用作填料，如将SMC粉碎，作预制整体模型塑料的填料，实验结果表明，含大粒径的SMC回收料的BMC的拉伸强度、模量和冲击强度等性质有下降，而含小粒径的性能下降不大。SMC除用外填料外，还可用来回收其中的纤维，如：将SMC加热至350-400℃，并将其压碎、切断，用盐酸处理残留物，回收SMC中的玻璃纤维。 ◆ 废聚氨酯(PU)的回收利用 聚氨酯（PU）是缩聚型高分子材料，可以水解成多元醇和多元胺，但纯化过程难度较高。对于PU软质泡沫可用胶粘剂回收，压塑再利用或低温回收作填料。对于反应注射成型的聚氨酯（RIM-PU）的回收利用，一般采取将泡沫或聚酯经过粉碎，与一定的物料混合，经过一定的工艺流程，消泡或挤出成型。废PU虽然可用上述方法回收利用，但回收困难，经济效益不高。PU具有不能自然降解的特点，因此研究开发降解和回收利用势在必行。目前，日本、德国等国正积极研究开发PU的生物降解，如用纤维素/木质素/树皮改性PU、淀粉改性PU。另外，德国拜尔化学公司利用特制的挤出机开发出了水解法降解PU产物，经纯化可得到二元醇和二元胺。PU的醇解也是目前用的较多的途径，废PU经醇解后可得多元混合物。 复合材料回收利用 复合材料回收利用主要由三种方法 （1） 粉体直接利用法 （2） 热分解利用法 （3） 烧却利用法 首先对各种复合材料进行分类、鉴别、解体、切断、破碎。然后从粉体直接利用作为再资源化的首选办法。可通过微细粉化等应用技术，对一些热固型树脂基复合材料及非金属无机材料基其它复合材料进行细化处理，其应用制品多做型材，直接配以各种粘合剂重新制造成各种新的复合材料。热分解利用法是回收一些丙烯酸酯类单体，以及可燃气体和液体燃料。也分离一些耐热的玻璃纤维及无机粉体而另外加以应用。燃却法是将复合材料可燃有机体替代发电燃料进行燃烧，回收温水、热风和蒸汽，主要是能量回收。若上述三种方法都处理不了的也只能采取掩埋的方法。 以上的资料可以表明，废旧塑料丢弃后会造成环境污染，然而，经过再生利用，不但可以消除污染，并能转换成优异的物质资源。

提高自生复合材料的性能可以选用三维编织的增强体，如多层内联仿形织物、穿刺或硬编的织物等，Z轴方向有增强体作用，有效改善复合材料的抗剥离强度，改善材料界面。这个可以加筋板改善结构什么的实在不行就得换更高强度的材料保证质量才是第一位。

自生复合材料是在基体内自身发生反应生成强化相，从而增强材料的性能。电磁搅拌常用于冶炼金属材料，其具有非接触性、可控制性、无污染性而受到材料行业的青睐。

复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量最大。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。

碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。

现在的建筑材料种类也是很多，复合材料是指什么，简单的说来就是将不同性质的材料，通过一些设备加工不同组合成一种新型材料，那么复合材料的优点。我们要知道复合材料肯定是人造的，把不同材质的材料组成一种新型的材料。

现在的建筑材料种类也是很多，复合材料是指什么，简单的说来就是将不同性质的材料，通过一些设备加工不同组合成一种新型材料，那么复合材料的优点。我们要知道复合材料肯定是人造的，把不同材质的材料组成一种新型的材料，那么复合材料具备一些什么样的优点呢，下面我们就一起来看看。

复合材料是指什么

复合材料是人们运用先进的材料制备技术将不同性质的材料组分优化组合而成的新材料。

（1）复合材料必须是人造的，是人们根据需要设计制造的材料；

（2）复合材料必须由两种或两种以上化学、物理性质不同的材料组分，以所设计的形式、比例、分布组合而成，各组分之间有明显的界面存在；

（3）它具有结构可设计性，可进行复合结构设计；

（4）复合材料不仅保持各组分材料性能的优点，而且通过各组分性能的互补和关联可以获得单一组成材料所不能达到的综合性能。

复合材料的优点

复合材料中以纤维增强材料应用最广、用量。其特点是比重小、比强度和比模量大。例如碳纤维与环氧树脂复合的材料，其比强度和比模量均比钢和铝合金大数倍，还具有优良的化学稳定性、减摩耐磨、自润滑、耐热、耐疲劳、耐蠕变、消声、电绝缘等性能。

石墨纤维与树脂复合可得到热膨胀系数几乎等于零的材料。纤维增强材料的另一个特点是各向异性，因此可按制件不同部位的强度要求设计纤维的排列。

以碳纤维和碳化硅纤维增强的铝基复合材料，在500℃时仍能保持足够的强度和模量。碳化硅纤维与钛复合，不但钛的耐热性提高，且耐磨损，可用作发动机风扇叶片。

碳化硅纤维与陶瓷复合，使用温度可达1500℃，比超合金涡轮叶片的使用温度（1100℃）高得多。碳纤维增强碳、石墨纤维增强碳或石墨纤维增强石墨，构成耐烧蚀材料，已用于航天器、火箭导弹和原子能反应堆中。

非金属基复合材料由于密度小，用于汽车和飞机可减轻重量、提高速度、节约能源。用碳纤维和玻璃纤维混合制成的复合材料片弹簧，其刚度和承载能力与重量大5倍多的钢片弹簧相当。

其实在现在在很多装修，装饰建筑都能够使用到复合材料。复合材料是指什么，上面我也给朋友们介绍了，相信朋友们也都了解到复合材料的概念，就是两种或两种以上的材质通过认为加工混合成一种的新型材料，复合材料的优点，我也给朋友们大致的介绍了一下，希望能帮助包朋友们认识。