纤维增强聚合物：下一步是什么？

纤维增强聚合物 (FRP) 在相对较短的时间内从不存在变成了一种重要材料，用于各种各样的应用。 

利奥·贝克兰 (Leo Baekeland) 于 1905 年创造了第一种全合成塑料，胶木，不久之后，他加入了石棉纤维进行增强。如今，从飞机到体育用品再到庭院家具，FRP 被广泛应用于各种领域。

如果在过去的一百年左右发生了如此大的变化，那么在未来的几十年里，我们可以期待在 FRP 方面看到什么？预测任何成功的未来总是有点困难，但在本文中，我们将概述我们期望该行业的发展方向。将其分为两个不同的区域是有意义的。首先，我们认为 FRP 技术会发生怎样的变化，其次，材料的用途可能会发生怎样的变化。

改变 FRP 技术

FRP 变得如此重要的一个基本原因是这种复合材料具有无限的适应性。可以根据使用的特定纤维（玻璃、碳、凯夫拉尔或其他纤维）以及聚合物（环氧树脂、聚酯等）来调整特定 FRP 的特性。成品还受到使用的添加剂和制造过程本身的影响。 

这意味着在这些领域（纤维、聚合物、添加剂和制造工艺）中的每一个领域都将继续有很大的实验和创新空间。我们当然期待在 FRP 已有的特殊优势（例如耐用性和强度）的基础上进行开发。

我们想重点介绍两项我们预计在未来几年将变得越来越重要的最新技术发展。

拉挤增强热塑性塑料

拉挤成型是一种流行的制造工艺，用于制造具有连续纤维增强的 FRP。它涉及通过形成特定形状并固化的液态树脂拉伸增强纤维束。这是一个连续的过程，允许创建任何所需长度的自定义配置文件。

通常用于拉挤成型的树脂是热固性树脂；也就是说，一旦治愈，它们就不能再熔化和重组。虽然这些类型的树脂可以生产出具有理想特性的高质量拉挤成型产品，但一个缺点是它们不容易回收。

另一方面，热塑性塑料是可以重新熔化并因此更容易回收的聚合物。理想情况下，可以用这些聚合物代替热固性塑料制造玻璃钢，用于允许这样做的应用。（并非所有人都会。热固性塑料的工作温度比热塑性塑料高得多。）

然而，就这一点而言，制造商一直在努力制造质量足够好的拉挤增强热塑性塑料。这是因为熔融的热塑性塑料具有较高的粘度并且难以使聚合物充分浸渍增强纤维。此外，即使解决了这个问题，与增强纤维的粘合也一直是一个挑战。

因此，目前使用的大多数增强热塑性塑料仅包含相对较短的纤维，不具备拉挤连续纤维增强的强度。（令人困惑的是，这些类型的热塑性塑料被称为“长纤维增强热塑性塑料”。）

然而，最近的进展显示出在制造连续纤维拉挤增强热塑性塑料方面的巨大前景，该热塑性塑料在基体和增强纤维之间具有很强的粘合力。我们预计这些技术的完善只是时间问题。这是一个非常重要的发展，因为它可能意味着 FRP 结合了传统 FRP 的强度和热塑性塑料的可回收性。

高温玻璃钢

FRP 在某些应用（和潜在应用）中需要承受极端高温的能力。例如，在选择建筑物、交通工具或基础设施中使用的材料时，需要考虑到发生火灾的可能性。在最坏的情况下，我们想知道在正常情况下工作良好的材料不会发生灾难性的故障。

火灾中的温度可能比大多数材料（包括金属）长时间承受的温度高，所以我们不是在谈论防火的 FRP。但是，当材料暴露在火或其他热源周围的高温下时如何表现很重要。

有一类称为聚酰亚胺的聚合物以其耐热能力而著称。它们已经广泛用于电子应用（例如计算机中变热的部件周围）以及汽车和航空航天工业。它们能够短暂承受高达 500 华氏度的温度。 

最近的一项研究报告了一种新的聚酰胺制造工艺，该工艺生产的材料能够承受更高的温度。这些发展将有助于为在上述行业中增加 FRP 的使用开辟道路。随着这些材料的工作温度范围不断扩大，我们预计甚至会开辟新的使用领域。

改变 FRP 的用途

当我们考虑 FRP 在未来几十年的使用方式时，我们希望看到应用范围继续像过去几十年一样迅速扩大。但我们预测在一些领域我们将看到特别强劲的增长。 

建筑材料

FRP 已被用于该领域，但还有很多未开发的潜力。在建筑方面，尤其是家庭建筑方面，木材仍然是首选的建筑材料。然而，FRP 与木材相比有几个优点。它更坚固，不受潮和腐烂，昆虫不会打扰它。 

出于这个原因，我们希望看到 FRP 越来越多地用于外部装饰、壁板和结构元件等方面。作为与地面接触的木柱的替代品，它也很有意义。 

我们还看到了使用拉挤 FRP 作为各种工程木材结构元件的增强材料的增长潜力。我们在本博客的其他地方写过关于使用工程木框架建造的摩天大楼的迷人发展。FRP 可以使这些结构元素更加坚固，因此我们希望看到它越来越多地融入到这些类型的产品中。

飞机

当波音 787 梦想飞机推出时，它在使用的材料方面有些革命性。它是 80% 的 FRP（按体积计），因此更轻、更省油。 

已经有完全由增强聚合物制成的用于军事用途的大型飞机。我们看不出为什么这最终不会成为商用飞机的标准。随着所用复合材料的技术进步，这应该会导致更高效（和更安全）的飞机设计。

风力发电

我们最近写了一篇关于FRP 在越来越大的风力发电叶片中的应用。该行业一直在快速增长，并且预计将继续如此。先进的增强聚合物将继续成为这里的关键成分。