“30”这个数字对于复合材料行业来说有一些额外的意义，因为我们所熟知的现代复合材料行业正是在 20 世纪 30 年代起步的。在这一时期，包括不饱和聚酯树脂（UPRs）在内的新型合成聚合物的研究也正在进行中，这些聚合物后来被广泛应用于复合材料行业，玻璃公司也在尝试将玻璃纤维编织成新型纺织品。

       在CW杂志庆祝创刊 30 周年之际，我们认为回顾一下复合材料的历史以及杂志在此期间所讲述的一些故事会很有趣。我们的第一期回顾分为两部分，涵盖了这个仍然相对年轻的行业的起步和迅速崛起。

       1930s

       20 世纪 30 年代，玻璃公司欧文斯-伊利诺斯（Owens-Illinois）与康宁（Corning）玻璃公司联手，将其玻璃纤维与聚酯树脂相结合，创造出一种新型、坚固而轻质的材料。1935 年，两家公司合并——我们如今熟知的欧文斯-科宁公司（Owens-Corning）诞生，并推出了玻璃纤维。从此，"玻璃纤维 "这一名称便被广泛用于描述一类材料，也称为玻璃纤维增强聚合物（GFRP）。

       使用玻璃纤维作为增强材料，为以纤维增强聚合物为基础的新型工业奠定了基础。在同一时期，合成聚合物的研发产生了多项技术，这些技术将在复合材料制造中得到广泛应用。1932 年，杜邦公司推出了第一种聚酰胺热塑性聚合物尼龙 6-6，并于 1936 年获得了 UPR 专利。1938 年，P. Castan 和 S. Greenlee 获得了第一项环氧树脂专利。（补充信息：不同的树脂和纤维加固材料以各种方式组合成复合材料部件。）

       1940s

       船舶工业很快就采用了玻璃纤维增强塑料（GFRP）产品。曾在欧文斯-伊利诺斯玻璃公司工作过的工程师雷-格林（Ray Green）于 1942 年制造出第一艘玻璃纤维帆船，引发了这种材料在船舶工业中的广泛应用，并一直延续至今。

       第二次世界大战期间，军事应用领域对轻质、高强度材料的需求很大。这一需求推动了复合材料的进一步研发，尤其是在航空航天领域。科学家和工程师们开始探索如何将玻璃纤维与树脂基材结合使用，以制造出强度重量比更高的复合材料。

       20 世纪 40 年代中期，美国赖特-帕特森空军基地（Wright-Patterson Air Force Base）开始进行使用复合材料制造飞机结构部件的实验。1944 年，第一架采用 GFRP 机身的飞机在该基地试飞。

       美国飞机材料与工艺工程师学会（The Society of Aircraft Material and Process Engineers）成立于 1944 年，旨在满足航空航天开发工程师之间的信息交流需求。随着时间的推移，该学会的名称逐渐演变为其他行业的应用，最终成为我们今天所熟知的国际先进材料与制造工程学会/Society for the Advancement of Material and Process Engineering（SAMPE）。

       随着复合材料在军事和海洋领域的应用呈指数级增长，其他应用也开始出现。玻璃钢管道开始应用于工业领域，1948 年，Glastic 公司开发出用于汽车行业的片状模塑复合材料 (SMC) 和块状模塑复合材料 (BMC)。（补充信息：玻璃钢在军事、海洋和航空航天领域的早期成功应用，使复合材料在各种终端市场上被视为传统材料的替代品。）

       1953 年，雪佛兰生产了一款车身完全由玻璃纤维增强塑料制成的 Corvette。

       1950s

       20 世纪 50 和 60 年代，复合材料行业经历了显著的增长和技术进步。新材料的开发以及纤维生产技术的改进，使复合材料具有了更优越的性能。

       美国科学家 W. Brandt Goldsworthy 博士是复合材料发展过程中的关键人物之一，他率先使用酚醛浇铸树脂与玻璃纤维结合，生产出业内最早的 GFRP 模具和工具。1950 年，Goldsworthy发明了拉挤复合材料制造工艺，该工艺将纤维拉过树脂槽，然后拉过加热的模具。典型的应用包括屋顶结构、桥梁、梯子和框架中使用的横梁和纵梁。

       除拉挤工艺外，其他复合材料制造工艺，包括真空袋成型和大规模长丝缠绕，在 20 世纪 50 年代也取得了进步。纤维缠绕成为导弹和太空探索中火箭发动机的基础。20 世纪 50 年代的几项专利促成了后来的树脂传递模塑（RTM）--一种在封闭模具中将树脂注入纤维预型件（通常是在压力下）以生产零件的工艺。随着时间的推移，RTM 已发展成为高压 RTM（HP-RTM），能够在几分钟内生产出完全固化的复合材料部件。

       1957 年，使用棉花和人造丝的碳纤维被发明出来，一种将彻底改变整个行业的材料诞生了。（补充信息：如今使用的几种复合材料在20世纪50年代首次广泛使用。）

       1960s

       1961 年，碳纤维首次由聚丙烯腈（PAN）制成。这种材料强度高、重量轻，凭借其卓越的性能为航空航天部件、一级方程式赛车以及网球拍和自行车等运动器材等高性能应用带来了新的可能性。（补充信息：碳纤维是在惰性气氛中高温热解有机原纤维而制成的。）

       1970s

       在 60 年代末和整个 70 年代，随着新材料和新工艺的不断发展，复合材料的应用范围越来越广。硬质泡沫和芯材开始进入建筑板材和运动器材领域。杜邦公司在 70 年代初推出了凯芙拉纤维（Kevlar），这种对位芳纶纤维开始在先进的复合材料中得到应用。

       70 年代，人们继续探索纤维增强材料在飞机结构中的应用，并对实验性（自制或套件）通用航空飞机的兴趣与日俱增。

       1977 年，第一架全碳纤维增强环氧树脂机身被设计用于Lear Fan2100型飞机，该飞机从未获得认证，但却为未来的复合材料密集型机身设计铺平了道路。（补充信息：几十年来，通用航空（包括认证航空和实验航空）对复合材料的使用迅速增加。）

       1980s

       20世纪80年代，复合材料在高性能应用中的应用显著增长。1981年，第一个碳纤维单体车身底盘被开发用于迈凯伦一级方程式赛车。

       复合材料开始被商业航空公司项目所采用。1982年，五架波音737-200客机投入使用，配备了复合材料水平稳定器。1985年，空客A310采用了碳纤维垂直稳定器扭矩箱，1988年，空客A320采用了全复合材料垂直尾翼。

       此外，在 20 世纪 80 年代，复合材料在许多基础设施建设中得到了广泛应用，包括世界上第一座使用复合材料加固筋的公路桥和第一座全复合材料桥面。（补充信息：20世纪80年代为复合材料在商业航空航天中的应用奠定了基础。如今，复合材料越来越多地被用于航空航天项目。）

       多年来，复合材料行业不断发展壮大。制造工艺的进步，包括自动铺层技术和树脂灌注方法，提高了复合材料生产的效率和可扩展性。新型纤维（如玄武岩纤维和天然纤维）也得到了开发，为传统合成纤维提供了环保型替代品。

       如今，复合材料行业已成为一个价值数十亿美元的全球市场，应用范围从航空航天和汽车到风能、建筑和消费品。目前的研发工作重点是进一步提高复合材料的性能、耐用性和可持续性，为其在各行各业的应用提供更多可能性。

       以下的篇章将介绍从 20 世纪 90 年代至今的主要复合材料发展情况。

       1990s

       20 世纪 90 年代是复合材料在各种应用领域显著增长和发展的时期。研发工作使材料具有更好的耐久性、更高的强度重量比以及抗疲劳和抗腐蚀性能。汽车制造商对使用复合材料实现轻量化的兴趣日益浓厚，开始探索将复合材料用于车身面板和内饰件等应用。（补充信息：20 世纪 90 年代，复合材料在汽车领域的应用开始加速。）

       90 年代，复合材料在体育用品和船舶工业中的应用日益普及。风能市场将复合材料应用于风力发电机叶片的设计中，因为风力发电机叶片的长度不断增加，对材料的重量和强度的要求也越来越高。由于具有高强度和耐腐蚀性，复合材料还被用于土木工程项目，如桥梁部件、建筑构件等。

       这十年间的另一个重大事件是复合材料在航空航天领域的应用取得了令人难以置信的进展。1995 年，波音 777 开始投入使用，该机型采用了大量复合材料组件--包括水平和垂直稳定器、升降舵和方向舵在内的整个尾翼组件均由复合材料制成。

       20 世纪 90 年代，复合材料制造技术也出现了大量创新。其中包括自动铺层工艺的改进，从而提高了生产效率，降低了成本。在这一时期，新型复合材料，包括纳米复合材料和混合材料的研究也在持续进行。（补充资料：20 世纪 90 年代，复合材料工艺和材料方面的研发工作取得了许多进展，促进了许多市场的创新，尤其是航空航天市场。）

       虽然自动铺带（ATL）和自动纤维铺放（AFP）最初是在 70 和 80 年代开发的，但这些技术在 90 年代得到了发展和改进，并在推动复合材料在航空航天领域的应用方面发挥了重要作用。

       2000s

       2000 年代，复合材料在商用航空航天领域的应用持续增长。2002 年，首架采用热塑性复合材料机翼部件的空中客车 A340 投入使用。21 世纪初，世界上最大的客机空中客车 A380 的设计最终完成。

       空中客车 A380 约 22% 的机身由复合材料制成。波音 787 Dreamliner 是首架机身主要由复合材料制成的客机。

       2007 年，波音公司推出了 787 Dreamliner 飞机，这是商用航空航天领域广泛采用复合材料的一个重要里程碑。复合材料占飞机结构重量的 50%以上。洛克希德-马丁公司的 F-35 闪电 II 战斗机采用全复合材料蒙皮。

       当然，在此期间，除商用客机外，复合材料在从公务舱喷气机、通用航空到国防等各种飞机项目中的应用也日益广泛。

       与此同时，汽车行业继续探索复合材料的轻量化。各种豪华轿车和雪佛兰 Corvette 等大型生产项目的车身面板部件都采用了复合材料。

       2010s

       2010 年代，复合材料因其耐用性和耐腐蚀性在基础设施领域的应用不断增加。复合材料还继续在可再生能源应用领域发挥作用，这在 20 世纪 90 年代就已初见端倪，特别是用于轻量化海上风力发电场的大型风力发力机叶片，以及更高效地重新发电早期的陆上风力发电场。

       宝马 i3 标志着复合材料在汽车中的应用发生了转变，更加注重轻量化的实用性。随着汽车行业将轻量化作为满足严格的燃油效率标准的一种方式，复合材料在主流汽车中的应用越来越多，而不再局限于豪华和高性能车型。

       与此同时，所有制造领域对可持续发展和环境责任的关注也在不断增加。为了找到复合材料回收和再利用的新方法，以及从复合材料废料中回收有价值的碳纤维，相关研究不断增加。

       到本世纪末，世界上最先进的三架客机--波音 777X 和 787 以及空客 A350 都已投入生产，每架客机都使用了数量空前的复合材料。研发新型中型飞机（NMA）的时机已经成熟，预计这种飞机将使用更大比例的先进材料。

       而就在 2018 年底，波音 737 MAX 飞机遭遇了两起致命坠机事故中的第一起，导致整个机队停飞。737 MAX 灾难的影响波及整个航空工业。很快，一种新型冠状病毒变种的出现又扩大了这种破坏。

       2020年乃至更远的未来

       2020年初，新冠肺炎疫情迅速蔓延，到当年春天，整个世界都处于一场波及社会方方面面的医疗危机之中。航空旅行需求的减少对整个航空航天供应链产生了连锁反应，扰乱了生产计划。疫情引发了劳动力短缺和供应链崩溃，困扰着制造业的各个领域。面对这些挑战，许多复合材料制造商和供应商将精力转向研发，探索材料、工艺、自动化和数字化方面的新进展。

       随着全球经济的持续复苏，整个制造业将继续发展，越来越注重可持续、环保的材料和工艺。我们已经看到了这一点，因为行业领导者加大了生物基聚合物和纤维的引入力度，并对其产品和工艺进行生命周期分析（LCA），以开发和实施减少碳足迹的设备。

       在过去的几年里，CW也看到在其他应用领域出现的发展趋势。其中包括储氢、热塑性塑料的使用量超过热固性塑料（两者都与可持续发展倡议有关）、对新太空探索的进一步关注，以及航空航天领域快速增长的一个分市场：先进空中机动（AAM）。这些趋势将把我们带向何方仍有待观察，但显而易见的是，复合材料，无论其应用领域如何，都将继续被探索，不仅作为传统材料的替代品，而且作为使新兴技术成为可能的材料解决方案。CW 和整个复合材料行业已经开始展望未来 30 年。（来源：CW）