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2结果与讨论
试验配方中，添加一定比例的木粉、塑料和相容剂，其中剂总添加比例为2.7%。分别采用一步法、两步法、三步法工艺进行试验，其中三步法工艺造粒前剂添加比例为1.35%，造粒后再添加1.35%，按照工业化的生产流程，挤出15×50mm(厚度×宽度)实心型材。
2.1不同生产工艺对加工性能的影响从表1可以看出，在相同的温度参数、主机转速条件下，一步法工艺主机转矩和熔体压力最大，两步法工艺最小，三步法工艺次之；从型材外观上看，两步法工艺和三步法工艺生产出的型材表面光滑，一步法工艺型材表面有细小的横线裂纹；从挤出线速比较，三步法工艺是一步法工艺的1.84倍，是两步法工艺的1.31倍。在相同的主机转速下，主机转矩、熔体压力和挤出线速主要体现物料的流变性能，将一步法工艺的高混料和两步法、三步法工艺的造粒料通过扭矩流变仪进行流变性能的测试，从表2的流变特征参数可以看出，一步法工艺由于混合后的物料没有经过造粒塑化的过程，在型材挤出过程中，需要较长的时间才能将物料塑化熔融，一步法工艺的平衡时间最长，需要3.28min，同时一步法工艺的平衡扭矩也为最大，说明熔融物料的表观粘度很大，流动性差，型材挤出速度慢；两步法工艺，平衡时间适中、平衡扭矩低，说明生产时经过造粒的过程后，物料较易塑化，物料流动性好[3]；三步法平衡时间最短，平衡扭矩适中，这说明了剂分两步添加，造粒后添加的剂损失少，缩短了塑化的时间，起到真正的作用，成型时挤出速度快，而平衡扭矩比两步法工艺略大，可能是因为造粒过程，剂对相容剂的副反应小，使得木粉和塑料基体的结合力增强，熔体压力增加，这是加快挤出线速的同时提高型材物理机械性能的基础。
2.2不同生产工艺对材料性能的影响从表3可以看出，弯曲性能上比较，弯曲强度两步法比一步法高18.4%，三步法比两步法高19.2%，刚性(弯曲模量)也有同样变化趋势。落锤冲击高度方面，两步法比一步法高100mm，三步法比两步法高150mm。从以上数据比较可以看出，三步法性能最好，一步法性能最差，这是因为一步法工艺物料通过高速混合机搅拌后，物料中木粉间的结合水还没能完全排出，物料水份较多，一般在2%以上，木粉和塑料的界面结合力差，高混后物料直接通过锥形挤出机挤出型材，物料与螺杆、机筒的剪切力较小，木粉没能均匀分散在塑料基体中，再加上锥形挤出机低速转动，容易出现木粉聚集成团的质量问题，这也是型材表面出现裂纹的原因，同时型材的物理机械性能差。相比两步法工艺，物料混合后再通过平行双螺杆挤出机造粒，在强的剪切力作用下，将木粉间的结合水大部分排出，破坏木质纤维间的分子间作用力，使木粉均匀分散于塑料中，同时木粉表面羟基(-OH)与MAPE的酯基(-COO-)发生反应，改善了木粉和塑料的界面结合力[4]。所以，当型材受到外力作用下，塑料基体能有效地、均匀地通过两者界面把应力传递给木粉，界面结合力的提高，型材的弯曲强度和韧性也随之提高。三步法工艺将复合剂分两部分添加，混料时添加一定比例剂，造粒后再添加一定比例剂，复合剂中含有一定比例的硬脂酸类外剂，例如硬脂酸锌，在混合过程中水分的存在使MAPE产生MAH，可与硬脂酸锌发生反应，这种反应在热力学上比MAPE与木质纤维的偶合更容易发生，也就使得木粉和塑料的界面结合力变差[5]。在混料时添加一部分剂以满足造粒过程中剪切和分散的需要，防止塑料的降解和木粉的碳化，相比两步法工艺，造粒时剂量少，剪切力也大，水分容易排除，也降低硬脂酸类外剂对MAPE的影响，这样相对两步法提高木粉和塑料的界面结合力，型材的性能明显提高。造粒后再添加剂进行混合以保证型材挤出表面光滑度，提高挤出线速和型材性能稳定性。从图2不同生产工艺的30天吸水率比较可以看出，随着浸泡时间的增加，吸水率都逐渐增加，其中采用三步法工艺生产的型材吸水率最小，30天浸泡的吸水率为1.75%，采用一步法工艺生产的型材吸水率最大，30天浸泡的吸水率为3.60%，是三步法工艺型材吸水率的2.05倍。这是因为木塑复合材料的吸水性主要是由木粉引起的，通常界面结合力差、分散越不均匀的木塑复合材料吸水率越大[4]。木粉有较强的吸水性，易吸水后与水分子之间形成氢键，木粉和塑料是典型的海岛结构，一步法工艺木粉的分散性和界面结合力差，木粉还没被塑料完全包裹，水分子进入两者的间隙易与木粉形成氢键，吸水率增加。三步法工艺提高了木粉的分散性和界面结合力，吸水率较小。
2.3不同工艺生产的木塑复合材料SEM分析通过SEM观察型材断面形貌，可以客观反映木粉和塑料的界面结合。图3是一步法工艺生产的型材断面形貌，可以明显看出，断面分布很不均匀，说明木粉并没能在塑料中很好的分散，且出现一些小空洞，可能是由于木粉没被塑料很好包裹造成，说明木粉和塑料界面结合较差，受到应力作用时，从界面结合处开始发生断裂；图4是两步法工艺生产的型材断面形貌，可以看出两相分布的均匀性有较大改善，出现较多的纤维拉丝现象和小孔洞，说明两步法工艺能使木粉在塑料中分散均匀；图5是三步法工艺的型材断面形貌，可以明显看出断面很粗糙，且出现纤维拉丝现象和深孔洞，说明三步法工艺生产的型材，不仅两相分散均匀，而且能提高两相的界面结合力，受到应力作用发生断裂时，木粉被抽出形成深的孔洞。
国外对碳纤维复合材料的研究起步比较早。结合研究需要成立了相应的碳纤维复合材料研究协会，制订了相应的测量标准、实施规范、检测标准、施工规程等，制订了研究发展方向，加大经碳纤维复合材料再实际中的应用研究，经过多年的研究，目前国外发达国家已经有较为成熟的碳纤维复合材料理论、研究体系和研究成果，并且通过实验性应用获得了第一手资料，通过大量实验已经有了一定的应用实例。目前由于碳纤维复合材料特有的可根据工程需要加工成各种织物材料，满足工程需要，而且织物表现出很高的强度的特点，因此碳纤维复合材料大量应用在房屋建筑工程的加固工程中、桥梁工程等的加固、维修和保养上。从研究现状来看，我国对碳纤维复合材料的研究起步比较晚，缺少系统化、本土化的研究体系，主要理论和研究标准、方法借鉴先进国家的研究成果，缺少实际使用经验的搜集和整理，施工规范上过于依赖国外成熟经验，缺少本土化的实践经验和研究体系，研究方向主要集中碳纤维增强聚合物片材加固和修复钢筋混凝土结构，而且应用也比较成熟。例如采用碳纤维增强聚合物片材对上海财经大学24m跨度的木结构进行加固，采用碳纤维布对天安门城楼上的大型木柱进行加固[1]；等等。单丽萍《碳纤维布在建筑结构加固中的施工措施浅析》（民营科技2012.8）研究指出，碳纤维增强聚合物加固技术是一种新型高效的土木工程加固修复技术，具有质量轻、强度高强、施工简单等优点。并对碳纤维布在加固和维护建筑结构中的施工措施进行分析，之处随着对新材料碳纤维(CFRP)的研究的深入，用CFRP取代钢板作为外贴对建筑物进行加固是一种必然趋势。并现针对碳纤维加固的原理、依据、前提进行了探讨，并对施工工艺进行了简要的论述。张勇《CFRP加固混凝土梁的冻融试验研究》（河北建筑工程学院学报2012.1），碳纤维(CFRP)虽然在加固工程中已得到广泛应用，但其长期的加固性能尚未得到证实。尤其在我国北方较寒冷地区，因此研究冻融循环对碳纤维加固的混凝土构件的影响。试验研究显示碳纤维基本能够满足寒冷地区的加固要求。舒亚《码头改造工程中碳纤维加固技术的运用》（水利建设与管理2014.3）一文中研究指出：伴随着材料研究的深入，混凝土结构的加固技术也日益提高，结合工程实例，阐述在码头改造工程中如何将碳纤维加固技术运用到水工结构物的主要受力构件，为码头水工结构物的加固修复带来新的举措，保障了码头水工建筑物的安全。整体上来说，碳纤维复合材料在土木工程中的使用研究目前基本集中在混凝土结构的修复和加固上，相信随着研究的深入，碳纤维加固技术在土木工程结构的运用日益广泛。
1.2最新研究进展和趋势
日本开发研制成功一种带有铝合金接头碳纤维聚合卷管。研究发现这种聚合卷管具有高效的结构体系，在实际应用中可以获得特殊的建筑效果[1]。也有学者提出利用碳纤维优良的导电性，通过相应手段监测碳纤维复合材料加固部位导电性能的变化情况，实现对对土木建筑物或桥梁等的无创口健康监测和诊断，而目前利用碳纤维优良的导电性，实现对建筑结构的实时监测应用研究不多，郑立霞《局部叠层碳纤维水泥基材料的应变电阻效应研究》（四川大学学报(工程科学版)2011.2）研究指出利用不同将碳纤维所具有的特有的导电特性，将不同碳纤维取代钢筋加入普通混凝土中，普通混凝土便成为具有自诊断功能特性的智能混凝土。利用这些功能特性可望实现土木工程结构和基础设施的健康监测。并通过实验研究局部叠层碳纤维取代钢筋形成的三点弯曲梁在单调和循环拉应力作用下电阻的变化规律，分析了局部叠层碳纤维水泥基材料的应变-电阻效应，在此基础上进行横向对比，实验结果表明，局部叠层碳纤维水泥基材料的应变灵敏系数是连续碳纤维水泥基材料应变灵敏系数的近23倍，但稳定性要差一些；局部叠层碳纤维水泥基材料的电阻和拉伸应变成正比例，因此利用这一特性把可望把局部叠层碳纤维用于土木工程，便于实现在结构和基础设施的健康监测。
2碳纤维复合材料在构件承载力不足的情况下的应用
虽然在土木工程施工过程中在施工阶段，从上到下有严格的施工规范和要求，但是实际过程中却常常存在由于施工管理不严、施工人员能力缺陷、致使施工质量不能达到要求，特别是混凝土构件承载力不足导致在建工程或建成工程使用时在安全隐患，存在一定的潜在质量风险，可能导致伤害事故的发生，在这种情况下，如何在不拆除现有混凝土结构的条件下对混凝土构件进行范围内的加固和修复是要解决的问题，使用碳纤维复合材料为主要原料的纤维增强聚合布进行加固，可以在不毁坏现有结构的基础上，使混凝土结构得到理想的增补效果。加上纤维增强聚合布施工过程中无需任何重型机械，施工空间不受限制的优点，因此在维护和加固现有建筑中得到大量应用。
2.1碳纤维复合材料在民用建筑加固方面的应用
由于碳纤维增强聚合布的材料性能的特点，碳纤维增强聚合布大量应用在民用建筑中，如梁、板、柱、顶、梁腹裂缝发展过大的构件加固中。碳纤维增强聚合布加固可有效控制裂缝的发展。在使用碳纤维复合材料对不同部位进行加固时，操作手段、方法有一定差异。目前通常使用碳纤维布对钢筋混凝土裂缝等进行加固时首先选取合适粘合剂，以免造成粘合不紧密，加固效果差，在此基础上注意粘贴在混凝土裂缝处。在对钢筋混凝土抗弯构件进行加固时，通常采用特殊粘合剂将碳纤维布粘贴于混凝土构件强力受拉区，通过碳纤维布增加受拉区域强度，实现碳纤维布分担工程结构中混凝土钢筋的承受拉力，提高混凝土构件的抗弯承载力和受拉承载力。碳纤维复合材料加固损伤的受弯构件时，结果表明，通过碳纤维布的加固，检验结果显示，加固部位刚度恢复非常显著，加固部位强度和加固量、损伤程度具有一定关系，通过加固，两者都有不同程度的改善提高。在工程中使用碳纤维复合材料进行抗剪力加固时，一般要求将碳纤维复合材料粘贴于加固构件的受剪力区，力求形成整体的拉力，促使碳纤维复合材料的作用类似于箍筋，从而形成一定的加固力量，有效控制混凝土结构裂缝的进一步发展。目前研究结果表明，理论上推算碳纤维复合材料的随着外界条件变化应变发展比较缓慢，在实践中用于加固混凝土构件时，碳纤维复合材料达到的最大应变值比较小。在加固混凝土构件屈服后，碳纤维复合材料逐渐取代混凝土构件箍筋的作用逐，从而有效提高构件抗剪承载力，碳纤维复合材料对工程质量提高程度与加固方式、加固量、带间距及粘贴层数密切相关。因此实践中使用碳纤维复合材料对一定的混凝土结构进行维修和加固时，要区别对待，不同位置、强度的部件进行加强所需粘贴量不同，过多过少都不利于加固效果的最优化，如粘贴过量碳纤维增强聚合布，可能会导致不能充分的发挥碳纤维增强聚合布的优势。由于碳纤维增强聚合布的可设计性的优势它与所加固构建之间粘贴比较紧密，可以在不改变现有建筑外观形状的基础上进行整体加固，因此在一些对整体构件加固质量要求比较高，碳纤维聚合布在得到大量应用，如对历史建筑的抢救、保护和维护和原有建筑，同时构件的整体抗震性能得到提高。
2.2桥梁建设加固方面碳纤维复合材料的应用
由于碳纤维复合材料的使用特点，碳纤维增强聚合布可以应用在桥梁加固方面。如磨损、裂缝、局部塌陷的桥面，可以在保持现有混凝土构件的情况下，通过适当修补后加贴碳纤维增强聚合布，从而提高桥面坚固程度和增加使用寿命，如一般采用将碳纤维增强聚合布粘贴于桥面板下面，在提高桥面整体平整的基础上可以增强桥面板的抗弯及抗剪能力，延长桥梁使用寿命，目前碳纤维复合材料在桥梁建设方面的用途主要有两类，现有桥梁的加固方面和新桥梁的建设使用。在桥梁加固方面碳纤维复合材料主要用于混凝土桥梁的基本构件、节点、裂缝受弯构件、抗弯构件等的加固，加固的目的主要是提高桥梁的面板、构件的抗弯、受弯、抗剪、轴向抗压承载力等，桥梁建设加固方面碳纤维复合材料的应用在国外应用广泛，我国在这方面的工程实践是在引进吸收国外先进经验的基础上，结合我国桥梁工程和新材料发展状况，2003年7月对1971年建成的“宝成桥”进行了加固维修。提高了大桥承载强度，同时对大桥基本构件提供了抗裂防腐的保护作用[2-5]。但是碳纤维增强聚合布加固混凝土桥柱、桥梁时，应注意原有混凝土构件横向膨胀性能促使外包碳纤维增强聚合布的局部环向刚度增大，导致混凝土原有构件的脆性破坏，因此在应用碳纤维增强聚合布维修桥梁加固混凝土柱时要注意完全粘贴整个构件。
随着科技的发展，树脂与玻璃纤维在技术上不断进步，生产厂家的制造能力普遍提高，使得玻纤增强复合材料的价格成本已被许多行业接受，但玻纤增强复合材料的强度尚不足以和金属匹敌。因此，碳纤维、硼纤维等增强复合材料相继问世，使高分子复合材料家族更加完备，已经成为众多产业的必备材料。目前全世界复合材料的年产量已达550多万吨，年产值达1300亿美元以上，若将欧、美的军事航空航天的高价值产品计入，其产值将更为惊人。从全球范围看，世界复合材料的生产主要集中在欧美和东亚地区。近几年欧美复合材料产需均持续增长，而亚洲的日本则因经济不景气，发展较为缓慢，但中国尤其是中国内地的市场发展迅速。据世界主要复合材料生产商PPG公司统计，2000年欧洲的复合材料全球占有率约为32%，年产量约200万吨。与此同时，美国复合材料在20世纪90年代年均增长率约为美国GDP增长率的2倍，达到4%~6%。2000年，美国复合材料的年产量达170万吨左右。特别是汽车用复合材料的迅速增加使得美国汽车在全球市场上重新崛起。亚洲近几年复合材料的发展情况与政治经济的整体变化密切相关，各国的占有率变化很大。总体而言，亚洲的复合材料仍将继续增长，2000年的总产量约为145万吨，预计2005年总产量将达180万吨。
从应用上看，复合材料在美国和欧洲主要用于航空航天、汽车等行业。2000年美国汽车零件的复合材料用量达14.8万吨，欧洲汽车复合材料用量到2003年估计可达10.5万吨。而在日本，复合材料主要用于住宅建设，如卫浴设备等，此类产品在2000年的用量达7.5万吨，汽车等领域的用量仅为2.4万吨。不过从全球范围看，汽车工业是复合材料最大的用户，今后发展潜力仍十分巨大，目前还有许多新技术正在开发中。例如，为降低发动机噪声，增加轿车的舒适性，正着力开发两层冷轧板间粘附热塑性树脂的减振钢板；为满足发动机向高速、增压、高负荷方向发展的要求，发动机活塞、连杆、轴瓦已开始应用金属基复合材料。为满足汽车轻量化要求，必将会有越来越多的新型复合材料将被应用到汽车制造业中。与此同时，随着近年来人们对环保问题的日益重视，高分子复合材料取代木材方面的应用也得到了进一步推广。例如，用植物纤维与废塑料加工而成的复合材料，在北美已被大量用作托盘和包装箱，用以替代木制产品；而可降解复合材料也成为国内外开发研究的重点。
另外，纳米技术逐渐引起人们的关注，纳米复合材料的研究开发也成为新的热点。以纳米改性塑料，可使塑料的聚集态及结晶形态发生改变，从而使之具有新的性能，在克服传统材料刚性与韧性难以相容的矛盾的同时，大大提高了材料的综合性能。
树脂基复合材料的增强材料
树脂基复合材料采用的增强材料主要有玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等。
1、玻璃纤维
目前用于高性能复合材料的玻璃纤维主要有高强度玻璃纤维、石英玻璃纤维和高硅氧玻璃纤维等。由于高强度玻璃纤维性价比较高，因此增长率也比较快，年增长率达到10%以上。高强度玻璃纤维复合材料不仅应用在军用方面，近年来民用产品也有广泛应用，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、体育用品、各类耐高温制品以及近期报道的性能优异的轮胎帘子线等。石英玻璃纤维及高硅氧玻璃纤维属于耐高温的玻璃纤维，是比较理想的耐热防火材料，用其增强酚醛树脂可制成各种结构的耐高温、耐烧蚀的复合材料部件，大量应用于火箭、导弹的防热材料。迄今为止，我国已经实用化的高性能树脂基复合材料用的碳纤维、芳纶纤维、高强度玻璃纤维三大增强纤维中，只有高强度玻璃纤维已达到国际先进水平，且拥有自主知识产权，形成了小规模的产业，现阶段年产可达500吨。
2、碳纤维
碳纤维具有强度高、模量高、耐高温、导电等一系列性能，首先在航空航天领域得到广泛应用，近年来在运动器具和体育用品方面也广泛采用。据预测，土木建筑、交通运输、汽车、能源等领域将会大规模采用工业级碳纤维。1997~2000年间，宇航用碳纤维的年增长率估计为31%，而工业用碳纤维的年增长率估计会达到130%。我国的碳纤维总体水平还比较低，相当于国外七十年代中、末期水平，与国外差距达20年左右。国产碳纤维的主要问题是性能不太稳定且离散系数大、无高性能碳纤维、品种单一、规格不全、连续长度不够、未经表面处理、价格偏高等。
3、芳纶纤维
20世纪80年代以来，荷兰、日本、前苏联也先后开展了芳纶纤维的研制开发工作。日本及俄罗斯的芳纶纤维已投入市场，年增长速度也达到20%左右。芳纶纤维比强度、比模量较高，因此被广泛应用于航空航天领域的高性能复合材料零部件（如火箭发动机壳体、飞机发动机舱、整流罩、方向舵等）、舰船（如航空母舰、核潜艇、游艇、救生艇等）、汽车（如轮胎帘子线、高压软管、摩擦材料、高压气瓶等）以及耐热运输带、体育运动器材等。
4、超高分子量聚乙烯纤维
超高分子量聚乙烯纤维的比强度在各种纤维中位居第一，尤其是它的抗化学试剂侵蚀性能和抗老化性能优良。它还具有优良的高频声纳透过性和耐海水腐蚀性，许多国家已用它来制造舰艇的高频声纳导流罩，大大提高了舰艇的探雷、扫雷能力。除在军事领域，在汽车制造、船舶制造、医疗器械、体育运动器材等领域超高分子量聚乙烯纤维也有广阔的应用前景。该纤维一经问世就引起了世界发达国家的极大兴趣和重视。
5、热固性树脂基复合材料
热固性树脂基复合材料是指以热固性树脂如不饱和聚酯树脂、环氧树脂、酚醛树脂、乙烯基酯树脂等为基体，以玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维、超高分子量聚乙烯纤维等为增强材料制成的复合材料。环氧树脂的特点是具有优良的化学稳定性、电绝缘性、耐腐蚀性、良好的粘接性能和较高的机械强度，广泛应用于化工、轻工、机械、电子、水利、交通、汽车、家电和宇航等各个领域。1993年世界环氧树脂生产能力为130万吨，1996年递增到143万吨，1997年为148万吨，1999年150万吨，2003年达到180万吨左右。我国从1975年开始研究环氧树脂，据不完全统计，目前我国环氧树脂生产企业约有170多家，总生产能力为50多万吨，设备利用率为80%左右。酚醛树脂具有耐热性、耐磨擦性、机械强度高、电绝缘性优异、低发烟性和耐酸性优异等特点，因而在复合材料产业的各个领域得到广泛的应用。1997年全球酚醛树脂的产量为300万吨，其中美国为164万吨。我国的产量为18万吨，进口4万吨。乙烯基酯树脂是20世纪60年展起来的一类新型热固性树脂，其特点是耐腐蚀性好，耐溶剂性好，机械强度高，延伸率大，与金属、塑料、混凝土等材料的粘结性能好，耐疲劳性能好，电性能佳，耐热老化，固化收缩率低，可常温固化也可加热固化。南京金陵帝斯曼树脂有限公司引进荷兰Atlac系列强耐腐蚀性乙烯基酯树脂，已广泛用于贮罐、容器、管道等，有的品种还能用于防水和热压成型。南京聚隆复合材料有限公司、上海新华树脂厂、南通明佳聚合物有限公司等厂家也生产乙烯基酯树脂。1971年以前我国的热固性树脂基复合材料工业主要是军工产品，70年代后开始转向民用。从1987年起，各地大量引进国外先进技术如池窑拉丝、短切毡、表面毡生产线及各种牌号的聚酯树脂（美、德、荷、英、意、日）和环氧树脂（日、德）生产技术；在成型工艺方面，引进了缠绕管、罐生产线、拉挤工艺生产线、SMC生产线、连续制板机组、树脂传递模塑(RTM)成型机、喷射成型技术、树脂注射成型技术及渔竿生产线等，形成了从研究、设计、生产及原材料配套的完整的工业体系，截止2000年底，我国热固性树脂基复合材料生产企业达3000多家，已有51家通过ISO9000质量体系认证，产品品种3000多种，总产量达73万吨/年，居世界第二位。产品主要用于建筑、防腐、轻工、交通运输、造船等工业领域。在建筑方面，有内外墙板、透明瓦、冷却塔、空调罩、风机、玻璃钢水箱、卫生洁具、净化槽等；在石油化工方面，主要用于管道及贮罐；在交通运输方面，汽车上主要有车身、引擎盖、保险杠等配件，火车上有车厢板、门窗、座椅等，船艇方面主要有气垫船、救生艇、侦察艇、渔船等；在机械及电器领域如屋顶风机、轴流风机、电缆桥架、绝缘棒、集成电路板等产品都具有相当的规模；在航空航天及军事领域，轻型飞机、尾翼、卫星天线、火箭喷管、防弹板、防弹衣、鱼雷等都取得了重大突破。
热塑性树脂基复合材料
热塑性树脂基复合材料是20世纪80年展起来的，主要有长纤维增强粒料(LFP)、连续纤维增强预浸带(MITT)和玻璃纤维毡增强型热塑性复合材料(GMT)。根据使用要求不同，树脂基体主要有PP、PE、PA、PBT、PEI、PC、PES、PEEK、PI、PAI等热塑性工程塑料，纤维种类包括玻璃纤维、碳纤维、芳纶纤维和硼纤维等一切可能的纤维品种。随着热塑性树脂基复合材料技术的不断成熟以及可回收利用的优势，该品种的复合材料发展较快，欧美发达国家热塑性树脂基复合材料已经占到树脂基复合材料总量的30%以上。
高性能热塑性树脂基复合材料以注射件居多，基体以PP、PA为主。产品有管件（弯头、三通、法兰）、阀门、叶轮、轴承、电器及汽车零件、挤出成型管道、GMT模压制品（如吉普车座椅支架）、汽车踏板、座椅等。玻璃纤维增强聚丙烯在汽车中的应用包括通风和供暖系统、空气过滤器外壳、变速箱盖、座椅架、挡泥板垫片、传动皮带保护罩等。
滑石粉填充的PP具有高刚性、高强度、极好的耐热老化性能及耐寒性。滑石粉增强PP在车内装饰方面有着重要的应用，如用作通风系统零部件，仪表盘和自动刹车控制杠等，例如美国HPM公司用20%滑石粉填充PP制成的蜂窝状结构的吸音天花板和轿车的摇窗升降器卷绳筒外壳。
云母复合材料具有高刚性、高热变形温度、低收缩率、低挠曲性、尺寸稳定以及低密度、低价格等特点，利用云母/聚丙烯复合材料可制作汽车仪表盘、前灯保护圈、挡板罩、车门护栏、电机风扇、百叶窗等部件，利用该材料的阻尼性可制作音响零件，利用其屏蔽性可制作蓄电池箱等。
我国的热塑性树脂基复合材料的研究开始于20世纪80年代末期，近十年来取得了快速发展，2000年产量达到12万吨，约占树脂基复合材料总产量的17%，，所用的基体材料仍以PP、PA为主，增强材料以玻璃纤维为主，少量为碳纤维，在热塑性复合材料方面未能有重大突破，与发达国家尚有差距。
我国复合材料的发展潜力和热点
我国复合材料发展潜力很大，但须处理好以下热点问题。
1、复合材料创新
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，具体要抓住树脂基体发展创新、增强材料发展创新、生产工艺发展创新和产品应用发展创新。到2007年，亚洲占世界复合材料总销售量的比例将从18%增加到25%，目前亚洲人均消费量仅为0.29kg，而美国为6.8kg，亚洲地区具有极大的增长潜力。
2、聚丙烯腈基纤维发展
我国碳纤维工业发展缓慢，从CF发展回顾、特点、国内碳纤维发展过程、中国PAN基CF市场概况、特点、“十五”科技攻关情况看，发展聚丙烯腈基纤维既有需要也有可能。
3、玻璃纤维结构调整
我国玻璃纤维70%以上用于增强基材，在国际市场上具有成本优势，但在品种规格和质量上与先进国家尚有差距，必须改进和发展纱类、机织物、无纺毡、编织物、缝编织物、复合毡，推进玻纤与玻钢两行业密切合作，促进玻璃纤维增强材料的新发展。
4、开发能源、交通用复合材料市场
一是清洁、可再生能源用复合材料，包括风力发电用复合材料、烟气脱硫装置用复合材料、输变电设备用复合材料和天然气、氢气高压容器；二是汽车、城市轨道交通用复合材料，包括汽车车身、构架和车体外覆盖件，轨道交通车体、车门、座椅、电缆槽、电缆架、格栅、电器箱等；三是民航客机用复合材料，主要为碳纤维复合材料。热塑性复合材料约占10%，主要产品为机翼部件、垂直尾翼、机头罩等。我国未来20年间需新增支线飞机661架，将形成民航客机的大产业，复合材料可建成新产业与之相配套；四是船艇用复合材料，主要为游艇和渔船，游艇作为高级娱乐耐用消费品在欧美有很大市场，由于我国鱼类资源的减少、渔船虽发展缓慢，但复合材料特有的优点仍有发展的空间。
5、纤维复合材料基础设施应用
国内外复合材料在桥梁、房屋、道路中的基础应用广泛，与传统材料相比有很多优点，特别是在桥梁上和在房屋补强、隧道工程以及大型储仓修补和加固中市场广阔。
1.2先进表面处理技术表面的技术处理是模具生产质量把控的重要环节之一，因为这关系着模具表层的成分及组织，它是模具性能的直接衡量指标，直接决定了模具的硬度、耐磨度及耐腐蚀性等，所以模具的表面处理必须受到足够的重视。现如今从生产上存在的表面处理技术概况来讲主要有以下几种：化学法、表层覆层法及激光法等。然而激光法就是目前数字化发展的典型代表，此方法现在被广泛应用在复合材料模具的生产加工中，发挥着重要的作用，它能够有效地处理模具表面存在的问题，实现规范模具标准，大大延长模具使用寿命。
1.3解决模具加工生产所面临的问题复合材料模具的生产加工环节必然会面临一些问题，比如在结构焊接过程中会出现残余变形和残余应力等问题，这个就必须采取合理的工艺措施并且选择科学的设计方案来预防问题的产生；加工精度和表面质量是比较关键也是技术难度系数比较高的环节，这个环节极易出现质量问题，这是由于多方面的因素共同导致的，所以在这个环节的每一步操作我们都需要谨慎，必要的话我们可以借用数字化检测设备对此环节进行严格的检测，预防问题的发生，提高产品质量。由于复合材料构件的不同类型及不同材质在生产过程中会产生不同的热膨胀系数，这也是会影响复合材料模具成型的质量因素，所以我们在挑选材料时，尽可能选择热膨胀系数相近的材料，这样可以有效地防止由于热膨胀系数不同而产生的质量问题。
2FRP复合材料在土木工程中的实践效果
2.1用于结构加固
我国对FRP加固技术的研究始于1997年，中冶建筑研究总院有限公司(国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心)于1997年10月进行了国内首批外贴碳纤维布加固梁试验。随后在短短几年中，外贴FRP片材加固技术已成为全国土木建筑行业研究和应用的热点，很快为市场所接受，而市场的扩大使材料的成本大幅下降，这为FRP材料在建筑中的应用发展提供了更大的可能，在我国已迅速发展成为建筑结构补强加固的主要技术。至2012年，国内从事FRP试验研究及技术开发的科研单位几十所，用于土木建筑行业中的碳纤维制品生产销售的厂家几十个，从事于碳纤维加固补强的专业公司上百个，已经形成了相当大的研发、生产、设计、应用的社会群体。目前FRP材料在土木建筑中的应用以加固钢筋混凝土结构为主，加固的形式又以外贴FRP片材为主，但FRP技术在砌体结构、钢结构、木结构中的应用，以及采用FRP筋材、网格材、预应力FRP片材加固技术的应用已有很多，新的应用形式、新的产品、新的规范规程的研究正在世界各地广泛开展。
2.2FRP筋在新建结构中代替钢筋
传统钢筋混凝土结构中配置非预应力和预应力钢筋，在处于恶劣环境条件时，如干湿交替、化学介质等作用下，极易引起钢筋的腐蚀，严重影响结构的耐久性和适用性，甚至导致结构承载能力的降低。相比之下，防腐性能好、粘结性能与钢筋相差不多且抗拉强度高的FRP筋成为代替钢筋的一个较好选择。20世纪80年代初开始，FRP筋逐渐大量应用于有特殊性能要求的结构物中代替钢筋，如有磁共振医疗设备的建筑及海堤、工业厂房屋面板等受严重化学侵蚀的结构物中。1985年，美国SanAntonio医院大楼的MRI设备的桩、柱和梁中均采用了GFRP筋。1986年，SanAntonio的大学建筑中的边墙和钢筋混凝土梁中配置了GFRP筋。FRP筋的另一个应用对象是岩土工程，目前已用于因潮汐变化等干湿交替的挡土墙、地基锚杆及地铁沉井等工程中。
2.3FRP结构及组合结构
由于FRP材料具有高强、轻质、耐腐蚀等优点，FRP结构和FRP组合结构的应用也日益受到工程界的重视。
（1）早期试验性的FRP结构
20世纪60年代，英国已开始生产GFRP复合材料的屋盖结构，运往中东和北非建造使用，1968年一个采用GFRP夹心板与铝质骨架的圆顶结构建于利比亚Bengazhi；1972年阿联酋的Dubai国际机场，采用GFRP伞状屋顶。20世纪70年代及80年代初期，英国的一些建筑采用了GFRP作为除梁柱以外的承重或半承重构件。1974年，第一个全复合材料建筑在英国Lancashire落成，外形为三棱锥体组成的空间结构。早期的FRP结构，大多带有一定的试验性质，尚未在土木工程中形成规模。
（2）桥梁工程中的FRP结构构件
随着FRP生产技术和产品形式的迅速发展，FRP结构在桥梁工程中得到迅速发展。英国、瑞士、丹麦、日本、美国及中国等国家，均成功建造了一系列全FRP结构的人行天桥。同时，FRP结构也被应用于承受较大反复动载的公路桥梁中。1982年，我国在北京密云建成了一座跨径为20.7m的GFRP蜂窝箱梁公路桥。1994年，英国建造的BondMill桥采用GFRP拉挤型材组合而成，是一座可通过40t卡车的活动桥。1996年，美国堪萨斯州Russell架起了第一座采用FRP桥面板的公路桥。此后不到十年的时间里，采用FRP桥面板的中小型桥梁在美国已有数十座。FRP桥面板还被用于替换老化的混凝土桥面板。此外，FRP索还可替代钢索用于斜拉桥和悬索桥。
中图分类号：U213.1文献标识码：A 文章编号：
复合加筋排水褥垫是一项在排水固结法加固路基的工程中代替水平排水砂垫层，同时具备加筋作用与水平排水的新技术。该技术同传统排水技术相比，具有空隙率大利于排水、高柔性且抗拉性极强、重量轻、施工方便等优点。从目前来看，路基的变形是一个非常棘手的问题，主要表现在了路基的沉降以及水平侧向位移等方面。本文先介绍了负荷加筋排水褥垫技术的原理，其次分析了复合加筋排水褥垫加固路基的机理与影响因素，最后提出了负荷加筋排水褥垫加固路基的排水设计方法。
一、复合加筋排水褥垫技术概述
复合加筋排水褥垫在加固路基中的运用，在一定程度上替代了以往的水平排水砂料垫层，它对于路堤有着加筋的作用，它主要包括了条状塑料褥垫、连接槽、扒钉以及针刺无纺布。
这种复合加筋排水褥垫的特征是：选用聚丙烯作为原料，在一定强度的高温下热溶，然后通过模具挤出塑料细丝（直径为1mm），将塑料细丝进行有序的缠绕（犹如方便面状），从而形成截面为矩形的条状排水褥垫；在排水褥垫之外用针刺无纺土工布包裹，并在其上打孔形成相应的连接槽，便于塑料排水板顺利插入地基中；通过扒钉将条状的塑料褥垫串接成“井”字形状的复合加筋排水褥垫。
负荷加筋排水褥垫的具体施工工序如下：1）平整路基及周边的场地，清除一切杂物，并且保证相关施工器械要及时到位；2）塑料排水板的施工；3）沿着路堤的横纵向分别铺设条状的塑料褥垫，便于排水板插入连接槽之中；4）在塑料褥垫的相互交接处，安装扒钉促使塑料褥垫连接成“井”字形状的复合加筋排水褥垫；5）进行路基的相关填筑工作。
二、影响加固效果的因素分析
（一）计算条件
一般情况下，为了便于计算，在加固模拟试验中，都会对地基的条件做一些相应的简化。通过一系列的设置以及试验，取得了相关的数据，根据这些数据便能很好的分析实际操作中的加固效果。在相关的计算中，为了简化计算流程，会将排水板的密度、模型的参数都设置与同层土的相应参数保持一致。换句话说，没有考虑塑料排水板在打设过程中引起的地基刚度变化，而只是纯粹考虑了塑料板本身的排水作用。但在实际的操作过程中，往往与这种“试验”相去甚远，计算条件是否合理科学有效，在很大程度上影响着施工的加固效果。
（二）地基强度
在有关路基工程中使用了复合加筋排水褥垫层，这在一定程度上会改变地基的位移场与应力场，而地基的模量大小也会对复合加筋排水褥垫层的加筋效果产生巨大的影响。地基模量的变化值主要有0.5MPa、1MPa及1.5MPa三种，而复合加筋排水褥垫层对于路堤的影响与砂垫层对路堤的影响之间有着莫大的差异。一般而言，地基模量对于路堤底部的竖向位移与堤趾的垂线下地基位移水平的深度有着巨大的影响，比如说施工结束时，模具分别为0.5MPa、1MPa与1.5MPa的情况下，复合加筋排水褥垫层与砂垫层相比而言，路堤的底部中心沉降百分点，前者分别低了大约10.8％、7.2％和5.6％；而在堤趾垂线下的最大侧移方面前者则分别低了大约40.2％、4.8％和4.8％。由此表明，复合加筋排水褥垫层对于路基有着较强的适应能力，尤其对于软路基而言，若地基越软，则更适合于复合加筋排水褥垫层的有效发挥。
（三）填土的高度
分别取路堤的填土高度为3m、5m、7m进行比较，一般而言，路堤的底部沉降以及堤趾垂线下侧移会随着填土高度的增加而变大。当路堤的堆载结束之后，分别在前述三种填土高度下对两种方式下效果进行比较，大约可以得到以下的数据：复合加筋排水褥垫层路堤与砂垫层路堤相比，前者在沉降方面减少了大约24.2％、14.6％和6.9％；在堤趾垂线下最大侧移方面，前者比后者减少了大约5.5％、2.9％和0.3％。从这里也可以看出，复合加筋排水褥垫层的加筋效果明显优于砂垫层加筋效果，并且随着路堤的高度越来越小，复合加筋排水褥垫层的加筋效果就更好更明显。
（四）土层的厚度
在不同厚度的土层中，复合加筋排水褥垫层路堤相较于砂垫层路堤而言，其底部的沉降和堤趾垂线下侧移均有着一定的减小。同理，我们把土层厚度分别取为5m、10m、20m进行分析与探讨。当路堤堆载结束之后，把两种类型的结果加以比较，前者在沉降方面低了大约0.2％、14.6％和4.9％，而在堤趾垂线下最大侧移方面，前者低了大约3.O％、2.9％和2.1％。从这组对比数据分析得知，当在中等土层中时，采用复合加筋排水褥垫层能够有效限制地基的沉降，并且在改善侧向位移方面也有一定的成效。
三、复合加筋排水褥垫技术的稳定性与经济性分析
为了进一步分析复合加筋排水褥垫层对于路堤及其边坡的稳定性影响，我们可以利用强度折减弹塑性有限元计算方法分析复合加筋排水褥垫路堤及其边坡，然后通过一些科学计算方法将结果计算出来之后，与砂垫层路堤工程进行对比。比如在一个案例中，土体选用的模型是Mohr—Coulomb，然后计算相关的参数。在具体的计算过程中，可以设定三维计算模型的厚度方向取为1.5m，并且对土体以八结点四面体单元的形式进行剖分。通过分析与计算，在同等条件下，复合加筋排水褥垫层加固路堤及其边坡的安全系数要高于砂垫层加固的路堤及其边坡。可见，复合加筋排水褥垫技术有着非常明显的优势，加筋效果非常好。对于复合加筋排水褥垫技术的稳定性而言，它对于路基及其边坡的影响非常重要，这不仅关系到了路基的沉降变化以及水平侧向位移，更关系到了工程的质量与安全，更进一步来讲，它关系着人类的生存与发展。
复合加筋排水褥垫技术同砂垫层的经济性对比分析来看，复合加筋排水褥垫技术的经济性确实要高很多。比如说上海的北环高速公路在路基的处理上便采用了堆载预压加固方式，在水平的排水垫层上方案一：采用的是铺垫50cm砂垫层；方案二：采用复合加筋排水褥垫层，并且在褥垫层中间还铺素填土，而且塑料排水板之间的距离为1.5m，用正方形来布置。根据当地的造价来计算，可以看出，方案一花费的单价大约为60元/m2；而方案二中，利用复合加筋排水褥垫设置的话，通过详细的计算，这种方案花费的单价大约为34.33元/m2。从这里不难看出，采用方案二更加划算。
四、结语
综上所述，在路基的变形处理上，我们可以采用复合加筋排水新材料，也就是排水褥垫层的使用。复合加筋排水褥垫层具有适应能力强，并且路基越软其效果越佳；路堤的高度相对较低时，利用复合加筋排水褥垫层的加筋效果更明显；复合加筋排水褥垫层对中等和深厚的路基有着更明显的加筋效果等优势。此外，与传统的砂垫层路堤相比，复合加筋排水褥垫路堤边坡稳定性提高，并且复合加筋排水褥垫可节省造价，减少工程开支，从而最大化地实现工程利益。
参考文献：
[1] 蔡晓光.复合加筋排水新材料加固路基变形与稳定分析[D].河海大学,2008.
[2] 蔡晓光,刘汉龙.复合加筋排水褥垫加固路基有限元计算[J].岩土力学,2008,29(8):2302-2306.
中图分类号：TU761.1+4 文献标识码：A文章编号：
前言
随着近代高新技术的发展，对材料性能要求的日益提高，单质材料很难满足性能的综合要求和高指标要求。因此复合材料凭借其优良的性能得到了广泛的开发和利用，成为了很多行业的优选关键材料。为了保证工程的质量必须要保证使用的复合材料的质量，这给复合材料的无损检验提出了更多更高的要求，如何提高无损检验技术也就成为了复合材料能否更多的被广泛应用的关键，从目前的情况来看，复合材料的无损检测技术有很多种，其中，射线检测是比较重要的一种，射线检测在工业产品的结构测量、缺陷监测和损伤评价等方面都得到了比较广泛的应用，在现代复合材料的无损检测中发挥着重要的作用，占据着重要的地位。
射线检测法在复合材料无损检测中的应用
X射线照相检测法
这种检测方法已经广泛的应用于工业检测领域，与现在的检测技术来说，是应用比较早的检测技术，是最传统的无损检测方法之一，其基本原理在于，通过射线来穿过不同的材料，因为材料的性质不同，射线在经过材料时的衰减量也是不一样的，从而射线的透射强度也是变化的，在胶片上就会呈现出明暗变化不同的影像，通过观察这些影像得到检测结果。针对X射线照相检测法可以检测到的材料的缺陷问题，倾向性的观点是可以发现夹杂物、气孔，而不能发现垂直于射线方向分布的脱粘和裂纹。X射线照相检测法的优点是成本低，易操作；其局限性为效率低，缺陷(裂纹)的方位是决定性的，要求与射线平行。
2、X射线实时成像检测法
随着生产规模的扩大和对复合材料质量的更高要求，早期的检测方法已经不再适用于材料的无损检测，它的可靠性和效率都已经不再适用新的要求，X射线实时成像检测法就是比传统检测方法更进一步的无损检测法，它的基本原理是利用X射线的特性，即穿透物体的时候，会因为物体的吸收及散射的原因产生衰减，从而在荧光屏上通过特殊的图像增强器会形成与物体内部想对应的图像，然后在通过摄像设备把图像转化成视频信号，然后输出，通过计算机的数字图像处理技术，对输出的视频信号进行分析，从而得到结果。这种检测法的优点就在于对材料的缺陷可以进行在线检测，检测结果自动生成，检测效率较高。其缺点在于，
通过这种检测方法得到的图像样品是层叠的影像，不利于观看和分析，缺陷的影像也是累积的，而不是三维的空间影像信息。现在已经发展的主要成像系统有：数字实时成像系统、荧光屏成像系统、图像增强器成像系统等。
射线计算机断层扫描检测法
此种检测方法是起源于前面提到的第一种方法，与第一种方法的不同之处在于，它的区别在于采用的是圆锥状射线，检测原理在于通过准直设备将圆锥状射线变成面状或线状扫描束，从而对射线穿过的物体的某一个断面扫射，得到一个断面的图像，通过分析每一层断面的图像就可以得到详细的检测结果，达到检测目的。
4、X射线断层形貌成像检测法
X射线断层形貌成像检测法的基本原理是利用样品散射的空间探测来描述材料的内部特征，从而通过分析，得到检测结果。这种检测法是X射线散射和图像成像的优点进行了结合的检测法，可以对材料机械性能的关系、晶体的界面面貌组织，尺寸进行研究，并且可以对微观的细小的损失进行分析。它具体的可以分为大、小角度X射线散射方法，大角度的X射线散射是无能量转变的弹性散射，对结构比较小的分子和原子结构能够快速反应。而小角度的X射线散射则是传统的一种对胶体、生物和聚合物进行研究的工具，也可检测纤维转向。
5、X射线康普顿散射成像检测法
康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，射线源与检测器位于物体的同一侧，其技术上的显著特点是单侧几何布置。具有层析功能，一次可以得到多个截面的图像，也可得到三维图像。在理论上图像的对比度可达到100％。其局限性为，由于康普顿散射成像检测技术采用散射线成像，因此它主要适于低原子序数物质且位于近表面区厚度较小范围内的缺陷检测，通常它适宜检验的物体表层厚度区是：钢约为3ram，铝约为25ram，塑料和复合材料约为50ram。在应用时必须考虑基体材料和缺陷对射线的散射差别、检验要求的分辨力和成像时间。
6、中子射线照相检测法
中子照相检测法的基本原理是，通过准直器将中子源发射出的中子束射到被检验的物体上，因为不同的物体对中子的衰减系数是不同的，所以检测器记录到的已经投射形成的中子束分布图像就是不均匀的，通过分析这些图像，就可以对物体内部的杂质和缺陷有清晰的了解，与以前的R或X射线不同的是，中子射线照相检测法还可以对放射性的物质进行检测，并且可以对金属中的一些低原子序数物质进行检验，对同一元素的不相同的同位素也可以进行区分，这种检测法的缺点在于，中子源的价格昂贵，所以检测耗费就比较贵，中子的安全防护也是必须要特别注意的问题。
三．结束语
综上所述，目前已有多种射线检测技术应用到复合材料无损检测中，获得了较好的结果，对复合材料制备过程的质量控制及其产品的质量评价等起到了至关重要的作用。提高了复合材料的使用可靠性，同时也为复合材料结构设计提供了更多的选择机会。随着复合材料设计水平的不断提高和新制备方法的应用，将会有越来越多性能优良的复合材料被开发利用。
参考文献：
[1]徐丽 张幸红 韩杰才 航空航天复合材料无损检测研究现状(被引用 8 次)[期刊论文] 《材料导报》 2005年8期
[2]苏新彦 韩焱 微波在无损检测技术中应用 [会议论文]- 2005年全国射线检测技术及加速器检测设备和应用技术交流会
在湖南省教育厅的支持下，国防科学技术大学航天科学与工程学院(简称国防科大)与株洲时代新材料科技股份有限公司（简称时代新材)合作建立了湖南省复合材料研究生培养创新基地，探索联合培养材料科学与工程领域全日制硕士和博士研究生(课程学习在高校，课题研究在企业）、合办工程硕士研究生班、合作培养博士后研究人员的模式和方法。笔者正是该创新基地培养的博士研究生，现作为教员，对校企联合培养博士研究生的探索和实践，有些微体会。
一、产学研深度融合是校企联合培养共赢的基础
校企联合培养追求“高校一企业一学生”共赢的目标。理论上，共赢目标的愿景无限美好，但实际上国内外不断实践和探索的结果却不尽如人意，原因在于、共赢”必须以产学研深度融合为基础。深度融合，则“共赢”枝繁叶茂;不然，则空空如也。
根据邢素丽等人的论述，产学研深度融合应包括:（1)需融学科和产业、学问和技术、基础研究与工程应用内涵于一体；（2)需融高校科研、企业课题、国家和省课题内涵于一体;（3)需融高校学科优势、企业需求内涵于一体;（4)需融新技术、新需求、新理论、新应用内涵于一体。在产学研深度融合的基础上，以研究生培养创新基地为平台，发挥校企各自优势，促进不同领域、不同范畴、不同层次等之间的融合，为研究生营造创新环境、激活创新动力、提升创新水平、增强创新能力。
国防科大与时代新材料，以共同研发兆瓦级复合材料叶片为契机，深度合作，联合培养博士研究生，实现共赢。兆瓦级复合材料叶片研发需要解决四大关键技术:气动布局、结构、制备和全尺寸测试。气动布局直接关系叶片捕捉风能的效率和风能的利用率;合理的结构设计是确保叶片安全运行20年的保证;叶片效能的最终实现，关键在于如何制备出质量稳定的兆瓦级复合材料风电叶片，难点包括模具设计与制备、工艺设计与实现、制备控制与效率等，稍有不慎，整个叶片制备失败或质量差下，动辄就是百万级别的经济损失；制备完成后，在国际认证机构(例如船级社）的监视下，完成全尺寸静力测试和疲劳测试考核，才能获得市场准人资格。
国防科大充分利用自己气动设计、结构设计、大尺寸复合材料整体成型制备和大型构件全尺寸测试等方面的学科优势，结合时代新材资金、场地和人力，共同研发了1.5~4.0MW、低风速型、超长型、海上超大型等多款兆瓦级复合材料风电叶片并实现产业化，目前相关产品巳在国内外50多个风场装机运行，为国家新能源战略计划做出了重大贡献。该项目校企联合培养的博士研究生(笔者)全程参与了兆瓦级复合材料风电叶片气动设计、结构设计、成型制备和全尺寸测试的所有工作，涉及空气动力学、结构力学、复合材料力学、流体力学、复合材料学、流变学、热力学、化学等多学科知识，理论知识在工程实践中得到了很好的应用，同时以超大型碳纤维复合材料风电叶片为研究背景，针对结构设计和成型制备过程中的物理、化学变化机制，发表学术论文10余篇(其中SCI源刊8篇，EI源刊6篇），申请国家发明10余项，获湖南省科技进步一等奖1项，顺利完成博士毕业论文研究，相关研究成果支撑了2项科技鉴定成果。高校一企业一学生三方共赢，其根本原因就是校企合一，深度融合！
校企联合培养博士研究生通常是两段式，即课程学习阶段在高校进行，完成基础理论课程学习；学位论文培养阶段在企业进行，参与企业科研项目，完成学位论文。学位论文阶段，如果没有产学研深度融合，博士生难以顺利完成学位论文研究。困难主要是人、财、物三方面的保障问题，此问题对于材料科学与工程专业尤为突出。博士生在企业进行课题研究，往往是单枪匹马，企业的性质决定了难以给博士生配备助手，而很多论文的实验研究是必须有帮手才能完成。比如，我们采用光学测试系统监测大型风电叶片极限载荷下的变形，需要十几个助手才能完成，在企业往往一个助手都没有，如果不是深度合作，此类实验就无法完成。此外，材料学科开展研究通常需要购买大量的原材料，购买原材料的资金谁出，如果没有明确，学生就不知所然，如果高校出，学生只能通过高校购买平台进行购买，来回奔波，疲于奔命，浪费大量的精力和时间;假设企业出资，如果需要层层审批和控制，以学生一己之力，难以协调。因此，校企联合培养，深度合作，解决博士生资金和资金使用问题，是保证其论文课题顺利开展的前提。
二、双导师制是校企联合培养成功的保障
校企联合培养，采取双导师制培养方式，即由校方导师与企方导师组成导师组共同指导研究生。校方导师为主导师，企方导师为副导师。校企联合培养课题论文阶段在企业完成，这种双导师制，很好地解决了导师随时指导、监督和协调的难题，可以确保校企联合培养研究生(包括硕士生和博士生)顺利完成论文研究。
两导师的分工，有专家提出，选题确定后，由企方导师负责工作安排、现场学术指导、学位论文的初审；校方导师根据研究生论文题目及培养人才的需要，负责研究生培养计划的制定、学术指导、论文审阅与组织论文答辩等工作。校企双方导师及时交流，共同解决在创新基地研究生的科研和生活中出现的问题。学生每月按时向校企双方导师汇报工作学习情况，双方导师填写《指导情况记录表》，及时指导学生。这样，既保证了研究生培养要求，又充分发挥企业优势，加强科研实际训练，提高研究生的理论与实践能力。
以亲身经历而言，两导师的分工，笔者有不同的看法。企方导师的精力首先是以企业为主，负责企业的各种任务，目前令人尴尬的情况是:企方导师根本无暇顾及学生论文的指导，更别谈负责工作安排、现场学术指导和学位论文的初审。因此，笔者认为，校方导师不仅要负责研究生培养计划的制定、学术指导、论文审阅与组织论文答辩等工作，还要负责工作安排。这肯定有人会问，如果这样是不是就不需要企方导师了？答案是当然需要，而且非常必要，只是角色定位应该是负责人、财、物的协调，保证学生论文的顺利开展。人、财、物的协调对于学生开展论文工作至关重要，而且对于企方导师来说，往往易如反掌。研究生，特别是博士研究生，通常都具有高度的自觉性，每周或每月定期向校方导师汇报论文进展情况，完全可以做到积极主动，这样校方导师综合研究的学术和应用价值，与学生一起讨论制定研究方案、工作安排也是水到渠成的事，而且高效可行。
双导师制是一种很好的校企联合培养模式，但必须结合实际情况，合理分工，才能保障校企联合培养的成功，否则，就是纸上谈兵，空谈误人。
三、完备的创新平台是校企联合培养可行的前提条件
有了产学研深度融合的基础、双导师制度的保障，校企联合培养博士研究生是否可行，还取决于一个重要条件一一完备的创新平台。
国防科大与时代新材校企联合培养博士研究生，之所以行之有效，一个重要的前提条件就是时代新材拥有一个新材料检测中心，该中心具有材料科学与工程专业实验研究所需的多数检测设备和系统，即便是需要搭建平台，该中心也能快速完成。笔者博士论文涉及的实验和检测，几乎都是在该中心完成。假设时代新材没有该检测中心，即使是简单的力学性能测试都需要在高校完成，那么学生必然疲于奔波，留给论文研究和项目开发的时间还会剩多少？因此，一个开展论文课题研究所需的创新平台，对于校企联合培养博士研究生，实在是太必要了！如果没有，笔者建议不要轻易提校企联合培养，高校和导师要慎之又慎，以免误人子弟！
四、结语
1、尺寸效应
当超细微粒的尺寸与光波波长、德布罗意波长以及超导态的相干长度或投射深度等物理特征尺寸相当或更小时，晶体的边界条件将被破坏，非晶态纳米微粒的颗粒表面附近原子密度减小，导致声、光电、磁、热、力学等特性呈现出新的小尺寸效应。如当颗粒的粒径降到纳米级时，材料的磁性就会发生很大变化，如一般铁的矫顽力约为80A/m，而直径小于20nm的铁，其矫顽力却增加了1000倍。若将纳米粒子添加到聚合物中，不但可以改善聚合物的力学性能，甚至还可以赋予其新性能。
2、表面效应
一般随着微粒尺寸的减小，微粒中表面原子与原子总数之比将会增加，表面积也将会增大，从而引起材料性能的变化，这就是纳米粒子的表面效应。
纳米微粒尺寸d（nm）包含总原子表面原子所占比例（%）103×1042044×1034022.5×1028013099从表1中可以看出，随着纳米粒子粒径的减小，表面原子所占比例急剧增加。由于表面原子数增多，原子配位不足及高的表面能，使这些表面原子具有高的活性，很容易与其它原子结合。若将纳米粒子添加到高聚物中，这些具有不饱和性质的表面原子就很容易同高聚物分子链段发生物理化学作用。
3、量子隧道效应
微观粒子贯穿势垒的能力称为隧道效应。纳米粒子的磁化强度等也具有隧道效应，它们可以穿越宏观系统的势垒而产生变化，这称为纳米粒子的宏观量子隧道效应。它的研究对基础研究及实际应用，如导电、导磁高聚物、微波吸收高聚物等，都具有重要意义。
二、高聚物/纳米复合材料的技术进展
对于高聚物/纳米复合材料的研究十分广泛，按纳米粒子种类的不同可把高聚物/纳米复合材料分为以下几类：
1、高聚物/粘土纳米复合材料
由于层状无机物在一定驱动力作用下能碎裂成纳米尺寸的结构微区，其片层间距一般为纳米级，它不仅可让聚合物嵌入夹层，形成“嵌入纳米复合材料”，还可使片层均匀分散于聚合物中形成“层离纳米复合材料”。其中粘土易与有机阳离子发生交换反应，具有的亲油性甚至可引入与聚合物发生反应的官能团来提高其粘结。其制备的技术有插层法和剥离法，插层法是预先对粘土片层间进行插层处理后，制成“嵌入纳米复合材料”，而剥离法则是采用一些手段对粘土片层直接进行剥离，形成“层离纳米复合材料”。
2、高聚物/刚性纳米粒子复合材料
用刚性纳米粒子对力学性能有一定脆性的聚合物增韧是改善其力学性能的另一种可行性方法。随着无机粒子微细化技术和粒子表面处理技术的发展，特别是近年来纳米级无机粒子的出现，塑料的增韧彻底冲破了以往在塑料中加入橡胶类弹性体的做法。采用纳米刚性粒子填充不仅会使韧性、强度得到提高，而且其性价比也将是不能比拟的。
3、高聚物/碳纳米管复合材料
碳纳米管于1991年由S.Iijima发现，其直径比碳纤维小数千倍，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。
碳纳米管的力学性能相当突出。现已测出碳纳米管的强度实验值为30－50GPa。尽管碳纳米管的强度高，脆性却不象碳纤维那样高。碳纤维在约1%变形时就会断裂，而碳纳米管要到约18%变形时才断裂。碳纳米管的层间剪切强度高达500MPa，比传统碳纤维增强环氧树脂复合材料高一个数量级。
伴随着科学技术的蓬勃发展，地球上原有的材料已经不能满足人类的需求，正是在这种情况下，复合材料应运而生。复合材料通过将两种以及两种以上的物质进行融合而产生出一种新型的可以被人类运用的材料。伴随着复合材料性能的不断改善以及功能的不断变化，一部分复合材料已经可以被运用到微波工程领域之中，并对微波工程起到巨大的作用。
一、微波及微波的特性
微波是电磁波的一种。微波的波长在1毫米到1米之间，微波的频率为300MHz―300GHz。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。相较于其它波段的电磁波，微波具有以下几个显著的特征：（一）微波的穿透性。区别于其它辐射加热的电磁波，如红外线、远红外线等，微波的波长更长，具有更强的穿透性。微波透入物体时，能与物体分子相互作用使分子产生震动，当微波频率为2450兆赫兹时，可使物体的分子每秒产生24亿次以上的震动。动能转化为热能，从而使物体的温度达到整体上的同时升温，避免了物体在进行热传导时的热量损耗。同时，由于物体在加热过程中不会出现热传导现象，从而大大缩短了物体的加热时间。（二）微波对不同的物体体现出不同的加热效果。由于微波穿越不同物质时，微波对于不同物质的震动会产生不同的影响，这就使得了微波在加热过程中具备了加热选择性的特征。当微波穿越玻璃、塑料和瓷器等物体时，微波几乎是穿越而不被吸收；当微波穿越水和食物等物体时，这些物体会受到微波的影响而自身产生热量；当微波穿越金属类物体时，微波则会被完整的反射回来。家中常用的微波炉加热物体正是利用了这种原理。微波炉的外壳采用金属类物体，避免了微波炉加热时，微波穿透微波炉外壁对周围的物体产生影响；加热的物体大多含有丰富的水分子，保证了物体整体的热量；盛放物体的容器大都为塑料和瓷器类物体，当微波穿越这些物体是，几乎不会被吸收。可见，微波对不同的物体体现出不同的加热效果。（三）微波的信息性。相比较于低频无线电波，由于微波具有非常高的频率，这就使得在狭小的相对带宽下，微波可用的频带非常广，可以达到数百甚至上千兆赫兹。这就意味着在同样的条件下，微波可以携带的信息容量要远远大于低频无线电波。因此，目前国际上所使用的现代多路通信系统，包括卫星通信系统，几乎无例外都是工作在微波波段。同时，微波信号还可以提供相位信息、极化信息以及多普勒频率信息，这些信息可以帮助人类更好的对目标进行检测和对遥感目标的特征进行分析。
二、复合材料的定义
复合材料（Composite materials），是指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。
三、复合材料在微波工程中的应用
（一）金红石陶瓷一玻璃复合介质
金红石陶瓷结构作为应用的最广泛的微波介质正被广泛的应用于各种微波工程之中。金红石陶瓷结构本身所具有的相对介电常数大、微波插人损耗小以及温度稳定性好等特性也是微波工程选用此类结构的主要因素。但是单组分金红石陶瓷结构本身较为疏松，其机械强度较差，基本上不能对其进行机械加工，因此以前该结构的运用受到了很大的限制。
随着复合材料技术的不断进步，一种新型的可以提高金红石陶瓷结构致密度，同时可以改善其机械强度，使其能进行机械加工的复合材料被研发出来。其基本指导思想如下：由于微波具有穿透性的特点，当微波遇到玻璃、塑料和瓷器的物体时，微波几乎是穿越而不被吸收，如果能将金红石陶瓷与玻璃进行复合，则可以在不降低金红石陶瓷结构本身正常工作的情况下，提高金红石陶瓷结构致密度并改善其机械强度，其达到能进行机械加工的目的。
首先，将CaO， B2O3和SiO2按一定比例进行配料、球磨后，在1320℃的高温下烧结后制成玻璃粉；然后把制成的玻璃粉与由ZnO和SiO2在1320℃的高温下生成的硅酸锌粉按一定比例混合并进行球磨、过筛，生成玻璃相；最后将玻璃相与TiO2、ZnO、CaF2、BaCO3以及ZrO2等按配方配制，经过严格的工艺流程、球磨、成型以及在940℃的温度下烧结，生成金红石陶瓷一玻璃复合介质。这种复合介质既保留了金红石陶瓷的特征，又有好的机械强度和硬度。这种材料的相对介电常数约为100，当部分填充工作在米波波段的高功率微波终端时，能使高功率微波终端沿传输方向300mm的几何长度就能获得约2.5m的电长度，有效地缩小了体积，满足了微波工程的实际应用需要。
（二）铁氧体-陶瓷复合材料。雷达作为现代最重要的通信工具诞生于20世纪40年代。其工作原理是：雷达发射机通过天线把电磁波能量射向空间某一方向，处在此方向上的物体反射碰到的电磁波；雷达天线接收此反射波，送至接收设备进行处理，提取有关该物体的信息。
为确保雷达在某一时点向某一方向发射电磁波时，不会同时向其它方向发射电磁波，这就需要在发射电磁波方向的反方向具有很强的吸收微波作用的物质。在雷达运用的早期，通常选用锰锌软磁铁氧体和镍锌软磁铁氧体作为吸波材料。两种材料在雷达工作时具有高磁导率、高电阻率、低损耗等特点，且成本低廉。
然而，由于锰锌和镍锌都属于金属类产品，对微波具有反射作用，而影响到微波吸收率，从而干扰到雷达电波的准确程度。
随着复合材料的发展，人们逐渐意识到：如果能够使用几乎对微波不会产生任何影响的陶瓷取代传统的铁氧体材料，这种局面也许能打破，一种新型的铁氧体-陶瓷复合材料应运而生。这种复合材料的微波阻抗在很宽的频带范围内几乎不发生变化，使用这种新型材料设计制造的天线和微波类传输线等器材在实际应用中都产生了非常好的使用效果。
（三）选择性透波复合材料
随着我国经济的发展，我国的综合国力得到了显著的增强。我国的航空航天事业及军工事业也得到了非常快速的发展。在此基础上，我国对于透波材料的需求，尤其是选择性透波复合材料的需求也不断上升。透波材料在航空航天领域中具有重要的地位，是航空航天器材所不可缺少的重要外部材料。当航空飞行器在遇到恶劣飞行气候或是在通信环境非常恶劣的条件时，透波材料可以保证航空飞行器的通讯、遥测等系统的正常运转。同时在运载火箭、宇宙飞船等领域也有重要的作用。伴随着技术的进步，新型的选择性透波复合材料正成为业界所关注的重点。选择性透波复合材料是对频率选择表面技术同复合材料相结合，从而产生的一种新型的材料工艺。选择性透波复合材料对行器的隐形技术有着重大的贡献，它可以在保证飞行器自身通讯正常工作的情况下，屏蔽其他外来电磁波对飞行器的侦查和干扰等。结论：随着复合材料技术的不断进步，各种穿透性好、透波性能好的复合材料相继问世。由于纳米材料的研制成功及其应用技术的发展，新型功能剂不断出现，，透波、吸波性能越来越高。这些都极大地提高了复合材料在微波工程中的使用范围，增强了微波工程的使用效果。相信在不就的将来，复合材料在微波工程中的应用将越来越广泛，复合材料所起到的效果也将越来越重要。
参考文献
[1]张昌天，李晶晶，江大志，肖加余.二维点阵复合材料圆筒结构软模辅助缠绕成型及轴向压缩性能研究.复合材料：创新与可持续发展（下册）. 2010
[2]刘时风，王勇，陶雪荣，陈显锋. AU2000声-超声复合材料检测系统研制.复合材料的现状与发展―――第十一届全国复合材料学术会议论文集. 2000
为了实施素质教育，许多高校相继实行了选修课制度。选修课的广泛开设为学生综合素质的提高和个性发展提供了广阔的空间，选修课的建设和完善成为高校教学改革深化的重要环节[1]。《复合材料概论》课是材料类非复合材料专业开设的一门专业选修课，课程的开设一方面有利于学生扩充知识面，拓宽专业口径、强化其创新精神，培养其创造性思维和初步科研能力，另一方面，可以直接提升学生的竞争力、拓宽大学生就业渠道。
一、教学过程中存在的问题
作为一门选修课，《复合材料概论》课的特点是知识量大，内容繁杂，且课程内容涉及有机材料，与学生所学的专业差异性较大，教学过程中存在很多问题。首先，由于是选修课，课程名称是“概论”，学生往往重视程度不够；其次，课程内容多，课时量少，无法将知识点展开讲，加上学生没有相应的基础知识，在学习过程中难以深入，不知道如何理顺知识体系，对有些关键知识点难以理解，有些无所适从；课程内容多为陈述性的内容，缺少以核心理论、定理、公式等为背景的知识体系，计算的东西少，叙述性的内容多，使得教师的授课很容易陷入平铺直叙的乏味陈述中，这些问题直接影响了教学效果。
二、《复合材料概论》课程的改革
（一）教学内容的调整。
《复合材料概论》课的特点是内容多，目前选用的教材包含17章内容，按照学校关于选修课教学课时的规定，配备课时数已经达到64节的上限。根据学科特点，课程组大胆创新，积极改革，除保留出4个课时进行复结外，把其余60课时分为两大部分，其中课程教学40个课时，科研实践20个课时。但是在40课时内很难完成全部“基本内容” 的课程教学任务。为此我们对教材章节进行结构上合并处理和内容上的归纳优化，处理后的内容仅保留绪论、复合材料的基体材料、复合材料的增强材料、复合材料的界面、聚合物基复合材料、金属基复合材料、陶瓷基复合材料、水泥基复合材料、碳/碳复合材料和混杂纤维复合材料等十章内容。此外在实用、实际、实效原则的基础上， 大胆地删掉一些过时的、落后于目前材料发展水平的旧知识， 引入材料科学的最新研究成果，及时地、有选择地补充最新研究成果， 使教学内容处于动态的优化过程中。
在20课时的科研实践中，教师对学生创新能力做最有效的培养和锻炼，结合自身的科研课题， 积极吸纳学生参与， 由老师提出研究项目， 学生选择课题确定后查找资料、设计实验方案、按方案完成实验、发表科研论文。这种方式在科研实践中提高了学生的综合、创新能力。
（二）教学方法的改革。
要实现教学重心的转移，充分激发学生的学习兴趣，发挥主观能动性，改变以往满堂灌的做法，摒弃注入灌输、死记硬背的教学方法。实践中，课题组采取多种措施进行教学方法的改革，使学生主动的学习。首先帮助学生理出知识脉络， 做到杂而不乱。在本课程的绪论部分， 就帮助学生整理出知识的脉络，告诉学生《复合材料概论》课程中的每种材料学习过程中都有一个知识结构， 那就是材料的成分、材料的结构、材料的性能、生产工艺、技术性质及应用。在分章节讲授每种材料的具体内容时， 有意识提醒学生对上述知识结构进行自我的理解和把握，样经过前几种材料的讲授， 学生基本上就可以形成对知识结构体系整体的认识和把握能力。
另外，大学课堂教学的特点是信息密度大、内容高度抽象， 这就要求教师要通过努力发掘学科本身的理论魅力去激发学生的求知欲， 重视非智力心理因素在教学中的作用。要让学生在听课中充满激情， 教师自己在讲授时就要充满激情。要做到这一点， 就要深入钻研本门课程的理论和应用， 以及学科的发展历史和背景。教师钻研得越深入，就会对自己所教的这门课程越有感情，就越能深入揭示这门学科的思想魅力和理论力量，并以此去感染学生，来充分调动学生的探求欲。
（三） 教学手段的丰富。
对没有工程经验、甚至对某种材料没有任何感性认识的学生而言， 在教学活动中大谈特谈该材料的性质如何， 怎么检测和使用， 他们只能根据想象来理解， 然后把教材的内容死记硬背， 这样的教学效果肯定不太理想。多媒体投影教学在这个方面弥补了传统教学手段的不足。利用制作好的课件， 不但可以使学生看到材料的照片、试验仪器的样子， 而且可以将一些材料应用过程中的图片介绍给学生， 使学生真正体会到复合材料的应用效果。
（四）课程考核方法的改革。
考核是检查、评价学生水准和才智的一种方法， 是教学的重要环节。通过它可以检测学生对所学课程教学大纲规定的掌握知识的情况， 检验教师的教学质量和教学效果， 促进教师改进教学方法。传统教学方式中考试是作为成绩评定的重要依据， 考试成为了教师手里一根重要的指挥棒， 同时对学生的学习也起了重要的引导作用， 考试后关心的是分数， 导致学生只看重考试的结果， 成绩成为学习的目的。最近几年，对《复合材料概论》这门专业选修课，我们采用综合考核， 灵活应试的办法来测验学生掌握这门课的水平。除期末考试之外，象课堂发言和讨论、书面作业和科研小论文都作为成绩重要的组成部分，这种多样化的考核手段的内容包括加强课堂提问、 加强平时考核、叙述自己的对课题的认识、加强期末考试的科学性客观性和有效性等
三、结束语
