复合材料的需求正在迅速增长，因为制造商在很多行业争相寻找新的方法来减轻体重，消除腐蚀，提高耐久性。复合材料具有高强度 - 重量比，往往超过钢和铝，这促进重量减轻。此外，复合材料尺寸稳定，提供设计灵活性，为工程师创造部分整理机会。

复合材料的需求正在迅速增长，因为制造商在很多行业争相寻找新的方法来减轻体重，消除腐蚀，提高耐久性。复合材料具有高强度 - 重量比，往往超过钢和铝，这促进重量减轻。

此外，复合材料尺寸稳定，提供设计灵活性，为工程师创造部分整理机会。而且，复合材料所需的工具投资往往小于金属冲压所需的投资。

汉高公司的市场开发工程师Jamie Hubbard说:“复合材料比替代基板可以被塑造成重量更轻的组件。”其他关键优势是能够实现比冲压钢件更复杂的形状，以及能够用更少的组装件制造更大的组件。哈伯德指出:“虽然复合材料的成本高于金属，但在减轻重量和提高强度方面的权衡超过了最初的材料成本。”

尽管所有这些好处，一些工程师都不愿意使用复合材料。它们将其视为一种相对脆性的材料，易于骨折，裂缝和分层。此外，用复合材料的制造往往比替代材料更具劳动，例如传统塑料，可以注射成型。

“复合材料被认为是有风险的，设计标准可能不存在针对特定的应用，制造业务可能不能设置为复合材料，并且在某些应用中，其前期成本和材料成本可能会更高，”科长阿贾伊卡帕迪亚说，in the adhesives, composites and sealants section of TWI Ltd. “Composites are sometimes referred to as ‘plastics,’ and this makes people think of consumer plastics, which are usually unreinforced [materials] not designed for load carrying.

Kapadia补充说:“当然，复合材料并不适合每一种应用。“然而，随着社会向低碳经济发展，复合材料的一些固有特性为新问题提供了解决方案。在复合材料领域的更多应用是不可避免的。”

常见的误解

“对复合材料的一些常见误解包括该材料表现出均匀强度的想法，所有复合材料都采用了类似的作用，并且与材料一起使用，”Polaris紧固的咨询公司总裁Ray Toosky说，这是一家专门从事航空航天的咨询公司行业。“复合材料，特别是碳纤维，由于纤维的图案和取向具有定向性。因此，虽然在一个方向上强，但材料可能无法在次级方向上采取相同的载荷。

“纤维的这种取向，这是非常具体的不同的复合材料和复合材料制造商，创建了非常独特的材料，具有独特的特点，”警告Toosky。“制造和处理的复合材料是相当困难的，因为该材料不具有延展性。不正确的加工和处理可以粉碎的纤维，使结构缺陷。受损的纤维的修复是困难的，不可靠的。”

图斯基和其他专家认为，许多工程师仍然需要了解复合材料的优缺点。Ticona工程聚合物公司Fortron PPS复合材料技术营销经理Michael Favaloro解释说:“对于很多习惯金属的人来说，这仍然是一个不适应的领域。“零部件的设计也需要有所不同。”

连接复合材料部件给工程师带来了许多挑战，而不仅仅是将复合材料与其他材料连接起来。湾流航空航天公司高级复合材料技术主管David Hornick警告说:“未受过复合材料培训的工程师可能会在紧固接头设计和螺栓组合分析方面遇到实际问题。复合材料连接的另一个问题是粘接和对预制表面的要求。”如果操作不当，关节可能会在远低于预测值的情况下失效。这是一个过程控制至关重要的领域。”

“缺乏了解[当谈到的材料特性，性能和复合材料的优点，这使得与复合材料的设计难以困难，”美国复合材料制造商协会（ACMA）营销总监Gabrielle Hampson Adds Gabrielle Hampson。“工程师对复合材料的最大误解之一是它们是航空航天材料，不适合大批量生产。“

Dave Archer是prototype Joint LLC的总裁，他说，他发现复合材料每年都有更多的应用，特别是在汽车行业，工程师们必须解决各种各样的重量和燃油节约挑战。

“但是，对于什么是复合材料是有些混乱，”阿彻指出。“人们往往以不同的方式使用术语。一些人认为，有它的任何与热塑性塑料。其他工程师认为复合材料是由碳纤维和浸渍树脂的材料。”

ACMA表示，并非所有塑料都是复合材料。真正的复合材料是由聚合物基体树脂(如聚酯、乙烯基酯或环氧树脂)和纤维增强材料(如玻璃、碳或芳纶)组成的组合。

复合件可以用机械紧固件、粘合剂和焊接连接。热固性复合材料通常通过粘接连接，而热塑性复合材料通常通过焊接连接。紧固件主要用于连接航空航天复合材料。

Kapadia说:“只要工艺正确，复合材料很容易与不同的材料结合。”“例如，碳纤维复合材料与钛的结合效果最好，在航空航天工业中得到了广泛应用。”

不断增长的需求

复合材料用于产品包罗万象，从高尔夫俱乐部和滑雪板帆船和风力涡轮机。那些由复合材料制成的日常用品包括办公椅，车门把手和笔记本电脑的案件。

因为他们是不导电和非磁性，复合材料也很受电气元件和电信设备制造商。最近，有许多人从飞机，汽车和火车制造商急于减少他们的车辆的重量越来越大的兴趣。

全复合材料商用飞机如波音787和空中客车A350已经占据了新闻头条，但许多较小型的飞机也正在研发中。例如，复合材料在无人驾驶飞行器诸如RQ-7B阴影和单引擎活塞式飞机，例如如Cirrus SR22使用。

复合材料使航空航天工程师能够制造出光滑、弯曲的机身、机翼、尾翼、起落架、机舱和其他部件，而不需要传统铝制机身上的铆钉线。

欧洲宇航防务集团创新工场(EADS Innovation Work)高级复合材料工程师雅克•辛昆(Jacques Cinquin)表示:“复合材料在所有飞机上的前景都是光明的。”创新工场是空客(Airbus)和欧洲直升机公司(Eurocopter)的研发部门。“重量和疲劳优势是如此强大，飞机将永远不会回到金属结构，但将(发展)更广泛地使用复合材料。”

由于对省油、耐用、低维护飞机的需求不断增长，未来十年，航空航天工业对复合材料的需求预计将急剧上升。此外，复合材料通过减少生产飞机所需的零部件数量，使工程师能够降低组装成本和复杂性。

市场研究公司Lucintel的咨询总监诺曼•蒂明斯(Norman Timmins)表示:“虽然复合材料目前在航空航天工业中只占相对较小的份额，但复合材料未来仍有巨大的潜力成为该行业不可或缺的组成部分。”到2018年，航空航天工业对复合材料的总需求将超过350亿美元。

创新的制造商，如湾流宇航带头使用。该公司一直使用复合材料的适度水平的商用喷气机为超过20年。它们在地板镶板，家具，整流罩，罩片和一些主结构中使用，例如在机身的后部压力舱壁部。

目前使用大量复合材料来组装其新G650的关键部分，例如尾部和结构翼组件。“正确使用时，复合材料可以减少飞机的重量和成本，燃烧的燃料和它发出的二氧化碳，”霍尼克说。“复合材料还可以提高飞机的效率，耐用性和皮肤外观。

霍尼克指出:“复合材料的单片设计减少了零件的数量，提高了制造速度。”“由于使用了加固复合材料件，大大减少了零件数量，这对我们的装配工艺产生了积极的影响。”

复合材料的使用也影响了布局，并在Savannah，GA湾流的流水线流动。笔记Hornick“它来控制进程，并与复合材料，工作时保持严格的公差是很重要的。”“所以，我们把它换成手的集成板装配单元铆。

Hornick补充说:“此外，部件在精密的制造推车上移动，在整个制造过程中保持夹具-机身参考点。“为了确保严格遵守工艺规范，并提供制造的重复性，我们(还)开发了使用计算机控制过程的专门机器人工具。”

NASA的工程师们也渴望利用复合材料的好处。他们正在试验大型复合结构，这种结构可以更容易、更便宜地将沉重的有效载荷运送到太空。

“在太空旅行中，每增加一次重量的重量率较高，任何重量节省都会提供增加的有效载荷能力，并可能降低任务费用，”美国宇航局的兰利研究中心的复合机组人组模块项目经理Mike Kirsch说。“我们将模块加压到地球大气层的两倍，以展示结构的最终设计能力，并遵循推动和拉动它来模拟有力的不同任务阶段。没有异常。“

目前正在进行额外测试以衡量其对外星损伤的抵抗力的船员胶囊由两半组成。在积累期间，Kirsch表示，通过使用预先形成的三维编织技术，可以组装许多临界正交接头，NASA调用PI关节。“我们在关节上追踪了应变，并证实了复合材料完全能够处理船员舱内的压力和车辆负荷，”他解释道。

脚踏实地应用

随着航空航天应用的增加，新的制造工艺的发展和复合材料成本的持续下降，汽车行业将是该材料的下一个主要前沿。十多年来，汽车工程师一直在研究复合材料。但是，大多数应用都集中在低产量的汽车上，比如高端跑车，如雪佛兰克尔维特和道奇蝰蛇。

“在北美汽车市场的复合材料存在重大机会”，声称Lucintel的蒂明斯。“市场由于增长到许多因素，包括重量较轻的材料来代替金属的持续需求;使用更环保，可回收的材料;并持续技术改进制造技术，材料配方和产品设计。”但是，成本高，缺乏高速制造工艺将限制短期增长的。

陶氏汽车系统(Dow Automotive Systems)市场开发经理奥汉•伊玛姆(Orhan Imam)表示:“(成本效益高的)碳纤维价格，将为汽车制造商打开新的潜力。”“(也)正在开发新的树脂，以确保汽车零部件的快速固化周期。”

欧洲汽车制造商已经加入了复合材料的潮流。例如，当宝马在2013年推出其备受期待的Megacity汽车时，由于碳纤维车身面板，电动车将是超轻的。

“正如我们所知，这款车将从根本上改变汽车业，”宝马董事会主席诺伯特•雷瑟夫(Norbert Reithofer)声称。“宝马是目前唯一一家将在市场上推出以碳纤维增强材料为特色的量产汽车的公司。”

这家德国汽车制造商和SGL集团正在西澳大利亚州摩西湖(Moses Lake)投资1亿美元建设一家工厂，为Megacity汽车提供复合部件，后者将在欧洲组装。SGL首席执行官Robert Koehler称:“这座新工厂是汽车行业使用碳纤维进行大规模生产的一个里程碑。”“它将成为世界上使用最先进技术的最具成本效益的碳纤维工厂。我们将确保碳纤维在轻量化汽车结构中发挥革命性作用。”

几家德国汽车供应商最近揭开了复合组件，可能会发现他们进入未来的迷你和微型车辆，如Megacity。例如，ZF SACH的工程师开发了比传统铝阻尼器的重量比重量一半的纤维复合液阻尼器。

采埃孚动力总成和悬挂部件部门负责人Peter Ottenbruch表示:“一方面，在活塞杆、内部部件和模块组件中使用更轻的材料，而不是钢零件，另一方面，通过整合功能，可以实现重量的节省。”“新设计的组件使以前的重型钢组件，如弹簧盖，变得不必要。”一个