随着科技的发展，制造业也迎来了新的发展阶段，材料作为制造业的基础，其应用创新是制造业科技创新，转型发展的重要环节，单一材料即使有再多的优点，也不可避免存在缺陷。为了提高材料性能，工程师经常会将多种材料结合在一起来实现优势互补，扬长避短，这种经过结合的材料就是复合材料。

复合材料的定义

复合材料（Composite materials）是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理化学原理结合在一起、组成具有新宏观性能的材料。

复合材料具有三大要素：基体（Matrix）、增强体（Reinforcement）和两者之间的界面（Interface）。复合材料结构中的连续相称之为基体，基体的作用是将增强材料黏结成固态整体，保护增强材料，传递荷载，阻止裂纹扩展。增强体是以独立形态分布于基体中的分散相。复合材料的基体和增强体，通过界面作用将两者连接起来。

复古材料的组成材料虽然保持其相对独立性，但复合材料的性能却不是组分材料性能的简单加和，而是有着重要的改进。使各组分材料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任何一种组分材料而满足更多领域的需求。复合材料改善或克服了组成材料的弱点，使能按零件结构和受力情况并按预定的、合理的配套性能进行最佳设计，可创造单一材料不具备的双重或多重功能，或在不同时间或条件下发挥不同的功能。

复合材料的性能取决于组分材料的性质和各组分材料之间结合面的性能，也就是说，复合材料的优良性能仅仅靠优质的组分材料是远远不够的。在复合材料中，增强相和基体相之间还存在着明显的结合面。位于增强相和基体相之间并使两相彼此相连的、化学成分和力学性质与相邻两相有明显区别、能够在相邻两相间起传递载荷作用的区域，称为复合材料的界面。

复合材料简述

复合材料界面对其性能影响很大，界面的机能可归纳为以下几种：

传递效应：基体可通过界面将外力传递给增强体，起到基体与增强体之间的桥梁作用。

阻断效应：适当的界面有阻止裂纹扩展、中断材料破坏、缓减应力集中的作用。

不连续效应：在界面上产生物理性能的不连续性和界面摩擦出现的现象，如抗电性、电感应性、磁性、耐热性等。

散射和吸收效应：光波、声波、热弹性波、冲击波等在界面产生散射和吸收，如透光性、隔热性、隔音性、耐机械冲击及耐热冲击等。

诱导效应：复合材料中的一种组元（通常是增强体）的表面结构使另一种与之接触的物质（如聚合物基体）的结构由于诱导作用而发生变化，由此产生如强的弹性、低的膨胀性、耐冲击性和耐热性等现象。

复合材料以其在高腐蚀性环境中的耐久性而闻名，但为了获得最佳性能，为每个应用选择正确的树脂是至关重要的。沙特基础工业公司旗下子公司阿拉伯石化公司设在朱拜勒的石化总厂生产乙烯、苯乙烯、氯、粗制工业用乙醇等各种原料化学品。该石化总厂有一个由几个大型部件和管道组成的装置，要求这些部件必须经得起盐酸的腐蚀。

该装置的冷却塔、洗涤器、排气罐以及相关压力容器和管道的设计和制造被委托给一个团队，该团队包括耐腐蚀设备制造商西班牙 Ollearis公司、承包商中国天辰工程公司和美国工程公司John ZinkHamworthy Combustion。这些组件需要能够承受与盐酸的接触，应对多项设计挑战，并且是一种具有成本效益的解决方案。

玻璃纤维增强复合材料（GFRP）被选为一种能够承受强腐蚀性化学品的材料，同时提供比专用金属合金更具成本效益的解决方案。所有主要部件均由纤维增强塑料 (FRP) 制成，只有少数例外，包括提升和压紧吊耳（不锈钢）、喷嘴（热塑性或金属）和洗涤器填料。

为了满足性能要求并提供最经济的解决方案，Ollearis公司使用了三种AOC Atlac树脂。该公司技术经理阿德里亚诺·乌雷尼亚解释道，“我们参考AOC耐化学性指南以及AOC技术服务团队的专业知识来选择树脂类型，并考虑流体处理和客户详细说明的设计温度。有必要确保所选择的树脂在所需条件下表现良好。”

在安装前，对冷却塔和洗涤器进行测试

Ollearis公司为冷却塔选择了Atlac 590酚醛环氧树脂，这是气体净化过程的第一阶段。该管道长11.8米，内径3米。其挑战在于，在运行时，来自燃烧装置的废气以大约300℃的温度进入冷却塔，然后被从靠近气体入口的喷嘴喷出的水迅速冷却。选择Atlac 590酚醛环氧树脂可以提供对盐酸溶液的耐受性并在所需的高温下保持强度。

对于14.1米长的洗涤器， 39.7 米长的排气管以及连接洗涤器和冷却塔的 1.45 米长的管道，选择了Atlac 430双酚A环氧乙烯基酯树脂。洗涤器和排气管的设计温度达85℃，而这款树脂是一种多功能的标准产品，可以应对所需温度条件。洗涤器暴露于从冷却塔进入的盐酸溶液以及用于中和酸的洗涤水中存在的氢氧化钠溶液。排气管也暴露在含有少量盐酸和湿氯气的空气中。

对于安装在洗涤器和冷却塔周围的管道系统，选择了Atlac 383不饱和双酚A聚酯，因为其具有抗酸和腐蚀性流体的化学稳定性，而且成本低于标准乙烯基酯树脂。

冷却塔、洗涤器和圆柱形部件是通过混合制造工艺制造的，将湿法缠绕与同时应用的双向机织织物外层相结合。这种组合生产的部件在环向（来自缠绕）和轴向（来自与部件轴线对齐的织物）上都具有更好的力学性能。添加机织织物还降低了每个部件玻璃纤维的重量百分比，从缠绕部件的70%降至55%。这增加了每个部件中耐腐蚀树脂的量。其他组件通过手工铺设生产。

在为该项目设计设备时，Ollearis公司面临若干设计上的挑战：

第一个挑战来自需要在冷却塔的内表面覆上一层高树脂抗腐蚀阻隔层，在设备实际运行过程中，该阻隔层受到热冲击时会出现开裂的风险。Ollearis公司的团队使用碳纤维纱增强腐蚀阻隔层，提高了组件的抗热冲击能力。

第二个挑战是Ollearis公司需要找到一种方法来支撑洗涤器内填料的重量——填料的作用是净化通过洗涤器的空气。为了解决该问题，Ollearis公司在填料下方安装了一个复合材料格栅，由一个复合材料壁架和两个复合材料梁支撑。壁架和横梁具有中空的矩形横截面，壁架填充有聚氨酯泡沫。壁架作为一个整体直接安装在使用缠绕工艺制造的圆柱形洗涤器中。

第三个设计挑战：冷却塔和洗涤器在真空环境下运行，但底部平坦——平型复合材料板对压力和真空的抵抗力很差，通常增加板材厚度才能承受这种负载，这极大增加了制造成本。为完成该项目，Ollearis公司开发出一种低成本解决方案，该解决方案使用夹层结构，该结构包含树脂浸渍3D玻璃纤维织物芯和复合材料表层，以降低实心复合材料部件的成本和重量。

最终完成安装的设备

最终，该项目中的复合材料组件于 2016 年完成设计和交付，并于2017年完成安装。

文章来源： 中国复合材料工业协会资讯，崇研科技