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復合材料

時間:2023-05-30 09:35:43

開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇復合材料,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。

第1篇

Abstract:The expanding human population of the world is placing greater demand on forest resources, both natural forests and plantations. Situation and prospect analysis on wood-based Composites in application as structure materials are presented, also some suggestions are involved.

引言:木質復合材料的最大特點在于不僅能保持原單一組分材料各自的特性,而且可以性能互補,使材料具有優異的綜合性能,因而在航空、航天、汽車及體育用品等領域都得到廣泛應用。同時利用人工速生林木材和其它材料復合成新的木質復合材料,是緩解木材資源緊張并提升木材產業結構的有效途徑。

關鍵詞: 木質復合材料 集成材 應用現狀 發展趨勢

國內應用現狀

集成材的概念始于1901 年, 由德國人Otto Hotzer提出, 1952 年日本引進集成材制造和生產技術, 并在此基礎上加以改進, 使集成材得到了很大的發展。20 世紀80 年代, 集成材被引進我國, 首先進行此項研究的是黑龍江省林產工業研究所, 并于1987 年建廠, 當時產品主要出口日本。

我國在利用人造板制造結構用復合材料方面雖然起步較晚,但發展很快, LVL 的生產已達到一定的規模, 并已有產品出口。但目前我國木結構建筑主體框架材料絕大多數從北美國家進口, 其設計和建造技術也來源于國外, 由于缺乏檢驗技術、標準和規范,因此對已建成竣工的木結構建筑質量無法進行檢驗。近幾年, 為規范和完善木結構市場, 以應對國外木結構住宅在我國的迅速發展, 我國相繼制定出臺了GB50206- 2002 《木結構工程施工質量驗收規范》、GB50005- 2003《木結構設計規范》和《木結構設計手冊》。同時, 我國在“十一五”期間, 將對木結構規格材的鋸割工藝、規格材的分級檢測、木結構的增強技術和木結構連接件等進行重點研究和開發, 并制定《結構用原木》、《結構用鋸材》、《結構用膠合木檢驗方法》和《結構規格材機械分等》等相關標準和規范。此外, 我國還是國際標準化組織木結構技術委員會ISO/TC165 的P ( 積極)成員國, 并且參加第2( 膠合木結構) 、第6( 膠合指接)和第9( 原木結構含竹材) 3 個工作組的工作。建設部批準成立的建筑學會、建筑結構分會、木結構專業委員會等對我國今后木質結構復合材料的發展, 都具有非常重要的意義。

近幾年, 隨著北美木結構進入我國建筑市場, 我國開始對木結構房屋及其材料進行研究, 并取得了一些成果。但總體而言, 我國對木質復合材料應用于住宅建筑方面的研究與國外發達國家相比差距較大。通過引進一些國外木結構建筑技術和經驗的項目, 對發展我國的木結構市場有很大促進作用。

與此同時,我國各大高校和科研院所也致力于研究各種新型木質復合材料,并取得很大進展。例如:賀福等研究發現碳纖維增強塑料--木材(CFRW)的增強效果十分顯著,其彎曲模量可比木材提高12倍;張雙保等[12-13]進行了玻璃纖維增強人造板的一系列研究,發表的研究報告有:木材玻璃纖維復合材料性能改善的研究、玻璃纖維增強三倍體毛白楊木質(纖維)復合材料等研究;王衛東等[14]進行了金屬網增強型楊木單板層積材的研究。以上研究得到的復合材料,其物理力學性能以及耐老化性能均有明顯改善,可以達到或超過相關的歐洲結構板(PrEN300-94 OSB/4)標準要求,用作為工程結構材料。王增春等[15]關于新型高性能材料FRP加固木結構的應用和理論研究。

國外應用現狀

國外結構用木質復合材料的發展較早( 如日本、澳大利亞、美國和加拿大等國) 。1973 年, 由澳大利亞人J.D.Coleman 提出將木材天然結構解離到重新組合為所需要產品的程度, 即不打亂纖維的排列方向, 保留木材的基本特性, 進而重新組合成具有木桁梁那樣強度的產品。1985 年Repco 公司宣布重組木誕生, 同時宣布重組木為澳大利亞聯邦科學院林業產品研究所( CSIRO)發明, 并于1987 年在澳大利亞南方公司建廠生產重組木。1985 年日本也進行了類似的研究, 1986 年重組木在日本進入了工業化試生產。

新型纖維增強材料的應用是近幾年發展起來的又一新型結構材料, 包括碳纖維增強集成材、纖維增強集成木梁等。木結構工字木擱柵( Wood I- Joist) 也被廣泛應用于木結構建筑中, 它與膠合集成材相匹配, 是替代實木規格材的有效木結構材料, 并已在北美住宅結構中占據了重要的地位。美國和加拿大在木結構中使用工字梁居多, 且已經替換了實木托梁或橫梁等。這些木質復合工程材料持續、高速的發展勢頭, 成為用木質復合材料建筑的發展基礎, 同時開發結構用木質復合材料這一特有的林產品市場, 在國內外受到格外關注。

目前,國外利用木質復合材料建造房屋已經達到專業化水平。極大限度的把施工現場的工作轉移到工廠中完成,加速了進度,減輕了勞動強度,提高工作效率及產品質量,減少材料損耗,而且不受季節限制,可以取得較好的效益。

發展趨勢

我國是一個森林結構失衡和資源匱乏的國家,木材資源供需矛盾日益突出,原料供應的緊缺已成為制約人造板行業發展的瓶頸,但是原料短缺的壓力也加快了人造板產業木材供給渠道的調整。

我國的人工林面積已達4466.7 萬h m2, 人工林蓄積10.1 億m3, 居世界首位。當前木材資源結構形式發生了變化, 已由天然優質大徑級材向人工速生低質小徑木轉變, 小徑木材已成為我國工業用材的主體。為解決木材供求矛盾, 應最大限度地利用低質小徑木和提高木材利用率, 尋找可替代實體結構木材的新產品。

在當前形勢下,結構用木質復合材料應致力于利用低等級木材制造出高強度結構材。

木質復合材料的優勢在于,提供健康、舒適的生活環境, 給建筑帶來新的形式和風格。國內木質工程材料的迅速發展, 使得建筑與裝修合二為一, 使用面積增加, 造價明顯降低。

相關高校和科研院所都在進行結構用木質復合材料研究, 該研究是一個系統科學, 從結構單元到最終產品環環相扣, 一個結構單元的性能會影響到結構組件、結構系統甚至整個建筑的使用性能。結構用木質復合材料在我國雖起步較晚, 但發展速度非常快, 它的獨特功能和良好的結構性能, 越來越受到人們的關注和青睞, 在未來的木結構建筑市場中將具有很強的競爭力。但同時我們也要對其進行客觀地分析, 解決好目前存在的問題, 以利于木結構房屋的順利發展。

目前, 我國建筑行業和房地產業空前發展,,加之政府對木結構建筑的支持,,以及相關規范標準的健全,,非常有利于我國木結構的發展。有關資料顯示,“九五”期間城鎮住宅竣工面積23.45 億m2, 大大高于“九五”計劃12 億m2 的目標。“十五”期間全國城鄉住宅累計竣工面積57 億m2,其中城鎮住宅竣工而積27 億m2。但新建住房的大部分為鋼筋混凝土結構,只有不到1%為木結構建筑,未能滿足不同層次人們的需要。而加拿大90%以上、美國80%以上的別墅和低層公寓采用木結構,日本每年的木結構住宅竣工數達到10 萬套。在我國, 木結構建筑還鮮為人知, 木結構房屋市場基本還是空白,因此其發展的空間很大。加拿大聯邦政府官員曾宣稱,目前在中國內地建造中的木結構房屋只有300 棟,計劃再建9000 棟,估計中國內地五年內將使其每年建造的木結構房屋數量達到15000 棟,木結構住宅別墅正在中國悄然興起。

幾點意見

我國結構用木質復合材發展速度緩慢的主要原因有以下幾方面: ①缺乏系統的應用研究;②建筑規范標準不完善, 使結構用木質復合材的應用缺乏依據, 進入建筑業巨大的消費市場有一定的難度; ③國產設備與制造工藝尚不成熟, 生產規模、產品質量、制造成本及銷售價格缺乏市場競爭力; ④結構用木質復合材的市場定位不夠準確。

在市場經濟大潮中,當我們不斷追逐經濟利益時,也應該考慮環境協調可持續發展,在木材加工中,廢棄木質材料的循環利用,既可以實現廢棄木質材料作為人造板工業的原料,在一定程度上緩解木材資源供應不足的壓力,又可以改變傳統單方向木材消耗模式,走循環經濟發展模式,對建設資源節約型環境友好型社會都具有重要的現實意義。

要落實木質材料循環利用,主要有以下四種方法

1)再使用。即對使用過的板材及木制品經過修整后重新利用,基本上不改變原來的形狀、性質和用途。對于質量比較好的廢舊木材回收復用,是廢舊木材循環利用最直接也應是首選的途徑。如建房拆下的廢舊建筑木料,經分類后可按市場需求加工成各種可用木料;木質包裝材料回收后可根據情況回收復用。

2)再循環利用。即將廢棄木質材料進行物理、化學處理后,制造出具有較高附加值的產品,如制造刨花板或纖維板。

3)再生利用。即利用廢棄木質材料生成一種與原來木材性質不同,且具有較高價值的產品,如碳纖維增強材料和木塑復合發泡材料。

4)降解。即將再三利用后不能再循環利用的廢棄木質材料在自然或人工條件下,降解或水解作為肥料和飼料。

參考文獻

[ 1] 王允飛等,廢棄木質材料循環利用現狀及前景分析,安徽農業大學等,2010

[ 2] 熊陳福等,木材-FRP 工程復合材料的發展與展望,北京林業大學,2006

[ 3] 沈照仁,從“木材工程學”談起,中國林業科學研究院,1994-2001

[ 4] 王宏棣等,我國結構用木質復合材現狀與應用前景,黑龍劍省林產工業研究所,2007 .

[ 5] 張雙保等,玻璃纖維增強三倍體毛白楊木質(纖維)復合材料的研究[J],北京林業大學學報,2001

[ 6] 張一帆等,一種新型木質建筑工程構件--字型托梁,東北林業大學,2003

[ 7] 胡劍虹等,發展木質復合建筑的探討,南京林業大學,1994--2011

[ 8] 丁杰等,纖維增強樹脂在工程木質復合材料中的應用 ,北京林業大學,2007

[ 9] 張濤,木質材料用阻燃劑的現狀與發展方向,廣州建材企業集團有限公司投資發展部,1994--2008

[10] 劉燕吉,木質材料的阻燃處理,1997

第2篇

[關鍵詞]鈦基;復合材料;專利

鈦及鈦合金是一種物理性能優良、化學性能穩定的材料,但當溫度較高時,鈦金屬的強度和蠕變抗力急劇下降。相對于鈦合金,鈦基復合材料具有較高的比強度、比剛度以及優異的耐高溫、抗腐蝕性能,其在航空航天、軍工等領域具備廣泛的應用前景[1-2]。隨著對鈦基復合材料的研究的逐漸深入,中國市場涉及鈦基復合材料的相關專利申請量也逐步提升。本文從申請量隨年代變化的態勢、申請來源國等角度分析了鈦基復合材料在中國市場的專利申請狀況。并對該領域的專利技術進行了技術功效分析,進一步的對研究熱點之一:單一顆粒增強的專利技術進行了詳細的分析。

1專利申請量態勢

鈦基復合材料的專利申請主要經過1990~2000年,2001~2009年,2010年-至今三個階段。上述三個階段與目前我國的鈦基復合材料研發趨勢基本一致。2010年至今,隨著航空航天以及特種工程材料領域的需要,鈦基復合材料處于較為快速的發展階段,反應在專利申請量方面就是出現較為明顯的增長趨勢。

2主要申請來源國專利申請技術構成

中國作為最主要的申請來源國,而美國、日本、英國和新西蘭作為國外申請人來源國,其具體申請技術構成參見圖2。從圖2也可以清楚地看出,其他國家或地區在中國鈦基復材方面的專利申請中,技術要求更高的纖維增強鈦基復材比例是高于中國申請的,這一方面是因為本申請復合技術方面的差距所致;另一方面也是由于我國在纖維材料制備領域,在成本和性能上與國外先進國家相比本就具備較大差距。

3技術功效分析

當前,鈦基復合材料主要包括顆粒晶須增強和纖維增強兩類。圖3是鈦基復合材料領域技術功效矩陣圖,橫軸表示各技術手段能夠實現的功能效果,縱軸表示各技術手段,交叉點圓球面積表示該相應技術實現該功能效果的專利數量多少,即技術點專利越多球面積越大。從縱坐標可以清晰地知道目前專利技術中,有關鈦基復材的主要技術分支、以及主流技術手段。而從橫坐標可以清楚知道目前該領域的研究方向。進一步通過圖中圓圈大小以及密度分布,可以了解本行業的研究熱點和成熟技術。從空白區域研究技術盲點存在的可能性。

3.1對于顆粒類增強鈦基復材

在顆粒增強鈦基復材領域,集中解決的技術問題或者說是研究較為全面成熟的領域集中在提高鈦材力學性能、提高塑性以及降低成本三個主要方面,且各種技術手段的選擇覆蓋全面,研究已經較為成熟全面,不存在明顯的技術盲點。對于改善耐磨性和增韌性方面,可以明顯看出顆粒增強鈦基復材領域所采用的技術手段集中在顆粒種類的選擇上,并不涉及具體的復合工藝,存在明顯的技術空白。對于該技術空白,可以做為以后顆粒增強鈦基復合材料領域的一個主要突破方向。而且不僅僅是針對改善耐磨性和增韌性,對于整個顆粒增強鈦基復合材料領域,相對于顆粒種類的選擇,如何突破現有的傳統復合工藝限制,將成為該領域突破發展瓶頸,引來新的爆發式技術革新的關鍵。而對于針對性較強的特殊技術效果領域,顆粒增強鈦基復材主要集中在選用特殊的顆粒類型而賦予相應的特殊性能,整體專利研究數量不多,存在較大技術空白。隨著以后鈦基復材在民用領域的擴展,對其的特殊功能性需求必然會更加多樣化,而通過加入合理種類添加顆粒,往往就能滿足需求,因而這方面的研究存在較大的發展空間,也容易實現。當然隨著不同顆粒的引入,最終不可避免面對的技術問題仍然是最終復合工藝的革新。

3.2對于纖維類增強鈦基復材

相較于顆粒增強鈦基復材,應該說纖維增強復材無論是從申請量還是技術手段的覆蓋領域來說都存在較大差距,也說明后者的研發還不如前者成熟,但是也說明纖維增強鈦基復材存在較大的研究空白,發展潛力巨大。對于纖維增強鈦基復合材料領域,存在較多的申請空白點或盲點。尤其是在如何提高界面性能、提高耐磨性這兩個領域,還未出現相關專利。究其原因,這也和我國高分子復合材料工藝起步較晚,技術水平較低有直接關系,相信隨著相應的復合材料制備工藝的提升,纖維增強鈦基復材的研究方向會相應地向通過復合工藝提高復材性能的方向發展,此方面的專利申請數量應該在未來數十年內有較大的提高。綜上,在纖維增強鈦基復材領域,今后的研究熱點主要有兩方面,一方面,在現有可選纖維種類和復合工藝基礎上,進一步開拓纖維在鈦基復材中的應用領域,增加其在鈦基復材中多種性能需要方面的改進作用。另外一方面,除了合理選用纖維種類外,可以考慮從復合工藝方面改善纖維增強鈦基復材性能。

參考文獻

[1]袁武華等.鈦基復合材料及其制備技術研究進展[J].材料導報,2005,19(4):54-57.

第3篇

關鍵詞:導電高分子復合材料;導電性;應用

中圖分類號:TQ 316 文獻標識碼:A 文章編號:1672-3791(2016)06(a)-0000-00

導電高分子材料就是在高分子材料的基礎上,根據使用的要求,加入了相應的導電體,經過多重技術的處理之后,使其具有了較高的導電能力。而由于這種材料在制造的過程中,使用對材料的要求不高,使用的技術加工手段簡單,使用的生產成本較低,導電性能較好等原因,受到了社會各界的廣泛重視。因此,為了使導電高分子復合材料在當前階段中更好的應用,在當前的科學研究中,加強對其進行研究成為了必然趨勢。

1導電高分子復合材料的導電理論

1.1 統計滲濾模型

在高分子復合材料的導電理論中,首先就是統計滲濾模型,這一模型通常是幾何模型為基礎上建立的,就是將復合材料中基本物質使用一定技術將其抽象化,使其存在一定形狀的分散體系,然后根據一定的機理要求,將其進行重新的排列,使其重新組合成一個整體,使高分子材料中的基本物質成為了連續相,而加入的導電體材料根據其功能的不同,有些成為了連續相,有些成為了分散相,這些有效的分散相以及連續相,就在導電高分子復合材料中構造出了導電通道。在這一模型的基礎上,對導電高分子復合材料的電阻率與導電體進行深層次的分析,在兩者之間建立相應的聯系。最具有代表性的就是在建立統計滲濾模型時,根據不同的需求,將基本物質抽象為形狀、大小不同的球型、規則的多面體等,同時將導電體抽象成連續性的珠串等[1]。這種模型有效的將高分子材料的導電理論進行了闡述,但是其也具有一定的缺點,就是其只能使用在較為簡單的復合材料中,復合材料中只能有一種基本物質以及導電體材料,對于具有多種基本物質或者導電體材料的復合材料時,雖然也能建立相應的模型,但得到的理論與實際之間會存在較大的差異。

1.2 熱力學模型

隨著統計滲濾模型的使用,人們逐漸的發現其有一些缺點,例如在構建模型時,往往忽略了基本物質與導電體之間的作用關系,使得到的結果具有一定的偏差,不滿足當前社會發展的需求,在這種情況下,就研究出了熱力學模型來對導電高分子復合材料導電理論進行了闡述,使結果得到了很大的改進。這一理論是以熱力學原理的基礎上建立的,在這項理論中,認為構建導電通道的過程中,導電體處于臨界狀態的體積與模型中多余的自由能具有一定的聯系,當模型中多余的自由能達到一定的程度后,就會在模型的內部自動的構建出導電通道。并且,高分子材料中基本物質的熔融粘度較大,更好的阻止了平衡相的分離;導電體粒子的直徑較小,更好的幫助平衡相分離。使用這種模型來對導電高分子復合材料進行闡述與實際更加接近[2]。

2 導電高分子復合材料的特殊效應理論

導電高分子材料的性能往往不是一成不變的,在特定的環境中,其性能也會逐漸的在變化著。例如一些導電高分子復合材料在拉力或壓力的作用下,就會出現一些特別的效應,例如壓敏效應、拉敏效應等,可以根據這些特殊的效應來對地導電高分子復合材料進行闡述。

在壓敏、拉敏效應理論中,可以利用通道理論對其進行闡述。在不同的高分子材料,所中具有的臨界范圍不同,在壓敏的情況下,材料中的導電體相對就不是很多,使得導電體的分布不是很好,無法直接構造出導電通道,如果在這時向復合材料施壓,壓力不是很高時,沒有達到材料的最大臨界值,復合材料仍然具有高阻態;當所施加的壓力過高時,超過了最大臨界值,就會使復合材料發生一定的形變,使其內部構建出了導電通道,從而使其具有了導電性。在拉敏的情況下,材料含有大量的導電體,其內部具有一定的導電通道,這時在對其使用拉力時,當垃圾過大,超過最大臨界值時,復合材料就會發生形變,致使其全本具有的導電通道遭受了損壞,從而使復合材料不在具有導電性[3]。

3 導電高分子復合材料的應用以及發展趨勢

3.1 導電高分子復合材料的應用

導電高分子的原材料一般為聚合物或者具有導電效果較強的填充物,隨著科學技術的不斷發展,目前已經成功研制出了具有良好導電性的高分子復合材料,且隨著高分子復合材料的廣泛應用,也增加了抗靜電、電磁波屏蔽等功能,使得導電高分子材料獲得了巨大的技術突破,目前,根據導電高分子材料的性能不同,可以將其分為半導體材料、高導電體材料、熱敏導體材料等,其材料成分不僅有金屬材料,如銅、鋁等,同時也含有碳系聚合物,大大增加了導電高分子復合材料的穩定性,同時降低了制作成本。另外,由于導電高分子復合材料的優點,使得基于傳統的工作方式有了極大程度的改善,如在開關元件生產過程,傳統的導電材料的在開關中雖然能夠保證電流的有效傳輸,但是金屬材質會產生無用功率,同時導體過熱還會引發安全事故,因此,在開關元件的生產中應用高分子復合材料,能夠有效的保護用電安全,同時,利用高分子復合材料的熱效應,能夠制作出熱敏傳感器,提高能源的利用率,另外,導電高分子復合材料也在航電器的制作、煤電系統、建筑施工中有著廣泛的應用[4]。

3.2 導電高分子復合材料的研究進展

由于高分子復合材料具有非常良好的應用前景,因此,我國重視并鼓勵高分子復合材料研究的創新和發展,但是高分子復合材料具有較強的不穩定性,其性能容易受到制作工藝、制作環境等外在因素的影響,近年來,先進的導電理論指出尋研制能與復合材料穩定結合的導點模型是未來高分子復合材料的研究發展方向。隨著科學技術的不斷發展,目前已經得出復合體系的構建是建立導線模型的前提要素,利用拓撲學方法能夠有效的對復合材料的參數進行測量,同時能夠有效的觀測出不同添加劑對導電高分子復合材料的影響。由于高分子復合材料必須具有實用性,因此,導電高分子復合材料的研究上也偏向于增加其穩定性、輕便型、降低制作工藝與成本,同時使導電高分子復合材料能夠適應不同的溫度及濕度,擴大導電高分子復合材料的應用范圍,盡管在理論研究上存在諸多的困難,但是在應用方面已經取得了巨大的突破[5]。

4 總結

綜上所述,在現階段的發展中,導電高分子復合材料占據重要的作用,有效的對其進行使用,可以更好地促進社會的發展。并且隨著不斷對其進行研究,相關的理論知識已經得到了一定的發展,處在了一個瓶頸階段,很難在使其繼續發展。因此,在當前階段對導電高分子復合材料進行研究時,就要向著應用方面進行研究,使其在實際中起到更大的作用,有效的促進我國社會的發展。

參考文獻

[1]陸昶,胡小寧,赫玉欣等.特殊形態結構導電高分子復合材料的電學性能[J].材料研究學報,2012,07(01):37.

[2]屈瑩瑩,趙帥國,代坤等.各向異性導電高分子復合材料的研究進展[J].塑料工業,2012,06(05):22.

[3]徐曉英,王世安,王輝.復合導電高分子材料微觀網絡結構及導電行為仿真分析[J].高電壓技術,2012,10(09):2221.

第4篇

關鍵詞:石墨烯;復合材料;納米銀;制備及應用

石墨烯作為一種由單層單質原子組成的六邊形結晶碳材料,其特殊性能的應用一直是近幾年研究的重點。但是石墨烯的生產效率低,需經常將其進行改性,達到以較少的添加量獲得更好性能的目的。其中,納米銀的出現在一定程度上擴大了石墨烯在導電[1],導熱方面的應用。而且納米銀的生產效率高,很好地解決了石墨烯/納米銀的生產問題,為石墨烯在諸多技術領域的應用拓展了[2]空間。金屬粒子由于含有自由移動的電子和極大的比表面積,在導電性和導熱性方面有著出色的表現。而納米銀顆粒,納米銀棒,納米銀線則可以在復合基體中形成網絡通路,提高材料的導電性和導熱性。

1石墨烯/納米銀復合材料的制備方法

目前,石墨烯摻雜納米銀復合材料可以根據納米銀的形貌特征分為石墨烯/納米銀顆粒復合材料和石墨烯/納米銀線復合材料。納米銀的加入使得石墨烯復合材料的導電性和導熱性以及石墨烯的表面硬度均得到了提高[3]。

1.1機械共混法

機械共混法可分為攪拌法和熔融共混[4]法。劉孔華利用攪拌法制備得到石墨烯/納米銀線雜化物,在50℃下攪拌,升溫至210℃,最后降至常溫得到石墨烯/納米銀線雜化物。熔融共混法是利用密煉機或者擠出機的高溫和剪切作用力下將石墨烯、納米銀和基材熔融后,共混得到石墨烯/納米復合材料。該方法用途廣泛,適用于極性和非極性聚合物和填料的共混。并且納米銀的燒結溫度在180℃,對于納米銀顆粒可以燒結形成一定規模的網絡結構。此方法制備的復合材料所需時間短,且納米銀線是單獨制備,所以可以單獨控制納米銀線的長度和長徑比。但是由于是機械共混,納米銀在石墨烯材料中的分散性不是很好,且容易發生團聚,達不到形成大量網絡結構的目的。

1.2化學還原法

化學還原法是目前比較常見的將金屬納米粒子附著在石墨烯表面的方法。其主要是通過在石墨烯表面化學還原一些金屬前驅體,經常伴隨原位復合法和溶液插層法。鄭[5]璐等以聯胺為還原劑制得納米銀插層的石墨烯。附著在石墨烯表面的銀的粒徑在20[6]nm左右。王宇鵬等運用檸檬酸鈉作為還原劑制得水溶性石墨烯/納米銀線雜化導電體。此方法得到的附著納米銀線直徑在40nm左右,長度在2μm,銀線斷面呈現規則的立方[7]體結構。Mislav等在堿性條件下,利用肼還原銀離子,3步法制備納米銀棒附著的石墨[8]烯。Hooman等對石墨烯先進行酸處理,再將納米銀線與石墨烯按照質量比1∶6比例混合攪拌,得到納米銀石墨烯復合材料。該方法制備的復合材料中,納米銀線分散均勻,且長徑比較大,一次制備所得產物較多,實驗過程穩定,可隨時觀察反應狀態,是目前較為實用的方法。

1.3無溶劑微波

加壓法微波輻射法是利用微波反應器產生的快速且大量的熱量促使銀鹽的分解。而且石墨烯具有很好的吸收微波的能力,使得銀顆??梢栽诙痰臅r間里附著在石墨烯表面。同時,因是無溶劑,得到的產物產率相比于普通溶劑得到的產物有較大的提升,但是實驗需要通過對環境施加額外的壓力,才能達到試驗條件。[9]Lin等用一個典型的反應方式將銀顆粒附著到石墨烯表面。試驗結果表明,微波處理時間對銀顆粒的粒徑存在影響。而且由于石墨烯是層狀材料,可反應的面積大,相比于碳納米管,石墨烯表面附著的銀顆粒粒徑較小。并且由于銀顆粒的附著使得石墨烯的表面硬度得到增加。這種方法不需要溶劑溶解且反應時間短,納米銀在石墨烯表面分布也較為均勻,可以得到足量的產物。但是實驗儀器較為苛刻,實用性較低。同時石墨烯會吸收一定的微波功率,反應過程存在不確定因素和安全問題。目前,使用此類方法制備石墨烯/納米銀復合材料不是很廣泛。

1.4溶劑熱懸涂法

[10]溶劑熱懸涂法是一種利用溶劑的溫度配合晶核在一定溫度下沿某一固定晶面生長[11]的方法。徐士才采用溶劑熱懸涂法,利用氯化銀為晶核,甲醛將銀離子還原為銀單質,制備得到長度為30μm,直徑為20~50[12]nm的納米銀線。Dinh等用VitaminC在N/H條件下制備石墨烯/納米銀復合材料,將22納米銀線懸涂在石墨烯表面。該方法具備了化學還原法的穩定性和無溶劑微波加壓法的高效性,并且可以得到超長納米銀線。

2石墨烯/納米銀復合材料的應用

目前,雖然石墨烯是優良的導電納米材料,但是生產成本高,且提升石墨烯本身導電導熱能力由石墨烯的厚度決定,所以有一定的局限性。因此,銀的導電導熱能力都很出色,且成本不太高,可以很好地解決上述問題。同時,銀線的生成在石墨烯中可以提[13]供良好的導電通路,大幅降低材料電阻。

2.1導熱性能應用

在眾多散熱硅脂中,銀含量是衡量散熱硅脂性能的一個重要指標。同時,石墨烯也具備很好的導熱能力。因此將銀表面附著或者插層能夠很好地提高材料的導熱性能。[8]Hooman等在40℃條件下,加入0.1%的石墨烯/納米銀復合材料,熱導率提高22.22%。

2.2導電性能應用

在如今高科技年代,人們對電子領域的要求越來越高,其中石墨烯和納米銀線制備[14]的透明電極和透明導電膜等得到了廣泛關[15,16]注與發展。Liu等利用石墨烯和納米銀的高透過率和高效的光催化能力,成功研制[17][7]出透明電極。Mislav等研究發現,在高電場環境下,石墨烯/納米銀復合物的臨界電[18]流密度得到提高。Lee等研究制備了可見光透過率為94%,表面電阻為33Ω/sq的可延伸電極。

2.3光學性能應用

納米銀可以作為表面增強拉曼光譜(SERS)的基質。同時,由于納米銀擁有靈敏的非線性光學響應,可用來制備光學電器件。目前,SERS的增強機理主要有電磁增強[19]機理和化學增強機理。張太陽等制備了聚苯乙烯/石墨烯/納米銀復合材料和層析硅膠/石墨烯/納米銀復合材料,均發現拉曼光譜[20]G峰和D峰有明顯增強。Lu等將納米銀/石墨烯復合材料作為SERS基底,可實現對芳香族[21]分子的檢測。Kumar等降低了對鄰氨基苯硫[22]磺和三聚氰胺的檢測限,Ren等使得對葉酸的檢測低至9nmol/L。

2.4其他性能的應用

[23]在生物應用方面,Lu等研究發現了銀納米粒子在基體材料上的附著可以實現對血糖和HO的檢測。其作為傳感器具有高效,靈22敏,可靠的特點,并在臨床醫學,食品安全[24]和環境質量檢測中發揮重要的作用。同[25]時,銀的加入也增加了材料的抗菌能力。[26]Chen等成功實現了對DNA分子的無標記測[27]量。Kim等制備了高性能的蛋白質傳感器。[28]Bae等成功制備了石墨烯透明觸摸屏。

3結語

第5篇

[關鍵詞] CNTs;鎂基;復合材料;制備方法

[中圖分類號] TB331 [文獻標識碼] A 文章編號:1671-0037(2014)01-66-1.5

鎂及鎂合金具有密度低,比強度、比剛度高,鑄造性能和切削加工性好等優點,被廣泛應用于汽車、航空、航天、通訊、光學儀器和計算機制造業。但鎂合金強度低,耐腐蝕性能差嚴重阻礙其廣泛應用。

碳納米管不僅具有極高的強度、韌性和彈性模量,而且具有良好的導電性能,還是目前最好的導熱材料。這些獨特的性能使之特別適宜作為復合材料的納米增強相。近年來,碳納米管作為金屬的增強材料來強度、硬度、耐摩擦、磨損性能以及熱穩定性等方面發揮了重要作用。

近些年,鎂基復合材料成為了金屬基復合材料領域的新興研究熱點之一,碳納米管增強鎂基復合材料的研究也逐漸成為材料學者研究重點之一。本文就目前有關碳納米管增強鎂基合金復合材料的制備技術做綜述,以供研究者參考。

1 熔體攪拌法

熔體攪拌法是通過機械或電磁攪拌使增強相充分彌散到基體熔體中,最終凝固成形的工藝方法。主要原理是利用高速旋轉的攪拌器攪動金屬熔體,將CNTS加入到熔體漩渦中,依靠漩渦的負壓抽吸作用使CNTS進入金屬熔體中,并隨著熔體的強烈流動迅速擴散[1]。

周國華[2]等人采用攪拌鑄造法制備了CNTs/AM60鎂基復合材料。研究采用機械攪拌法,在精煉處理后,在機械攪拌過程下不斷加入碳納米管到鎂熔體中,攪拌時間20 min,然后采用真空吸鑄法制得拉伸試樣。研究結果顯示,碳納米管具有細化鎂合金組織的作用,在拉伸過程中,能夠起到搭接晶粒和承載變形抗力的作用。

C.S.Goh[3]等采用攪拌鑄造法制備了CNTS / Mg基復合材料時,金屬熔化后采用攪拌槳以450 r / min的轉速攪拌,然后用氬氣噴槍將熔體均勻地噴射沉積到基板上,從而制得CNTS / Mg基復合材料。力學性能測試表明,復合材料具有較好的力學性能。

李四年[4]等人采用液態攪拌鑄造法制備了CNTS/Mg基復合材料。CNTS加入前首先經過了化學鍍鎳處理,研究采用了正交實驗,考察了CNTS加入量、加入溫度和攪拌時間對復合材料組織和性能的影響。研究結果表表明,CNTS加入量在1.0%、加熱溫度在680 ℃、攪拌3 min時,能獲得綜合性能較好的復合材料。

攪拌鑄造法優點是工藝簡單、成本低、操作簡單,因此在研究CNTS增強鎂基復合材料方面得到廣泛應用。但攪拌鑄造法在熔煉和澆鑄時,金屬鎂液容易氧化,CNTS均勻地分散到基體中也存在一定難度。

2 消失模鑄造法

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型黏結組合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振動造型,在負壓下澆注,使模型氣化,液體金屬占據模型位置,凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

周國華[5]等人就通過消失模鑄造法制備CNTs / ZM5鎂合金復合材料。將PVC母粒加入到二甲苯中溶解,把CNTs加入上述溶液中超聲分散10 min后過濾、靜置20 h,裝入發泡模具發泡成型,用線切割機加工制得消失模。把制得的含碳納米管的消失模具放入砂箱內,填滿砂并緊實,將自行配制的ZM5鎂合金熔體澆注制得復合材料。實驗結果表明,碳納米管對鎂合金有較強的增強效果,對ZM5合金的晶粒有明顯的細化作用。

3 粉末冶金法

粉末冶金法是把CNTS與鎂合金基體粉末進行機械混合,通過模壓等方法制坯,然后加入到合金兩相區進行燒結成型的一種成型工藝。粉末冶金法的優點在于合金成分體積分數可任意配比而且分布比較均勻,可以避免在鑄造過程中產生的成分偏析現象,而且由于燒結溫度是在合金兩相區進行,能夠避免由于高溫產生的氧化等問題。

沈金龍[6]等人采用粉末冶金的方法制備了多壁碳納米管增強鎂基復合材料。試驗采用CCl4作為分散劑將鎂粉和CNTS混合,在室溫下將混合粉末采用雙向壓制成型后進行真空燒結,制成碳納米/強鎂基復合材料。研究結果表明:碳納米管提高了復合材料的硬度和強度,鎂基復合材料的強化主要來自增強體的強化作用、細晶強化和析出強化。

Carreno-Morelli[7]等利用真空熱壓燒結粉末冶金法制備了碳納米管增強鎂基復合材料。研究發現,當CNTs含量為2%時,復合材料的彈性模量提高9%。

楊益利用利用粉末冶金法,制備了碳納米管增強鎂基復合材料,研究了碳納米管制備工藝和含量對復合材料組織和性能的影響。研究采用真空熱壓燒結技術,通過研究發現,在熱壓溫度為600 ℃、保壓時間20 min、保壓壓力在20MPa、CNTS含量為1.0%時,制得的復合材料具有強度最高值。TEM分析CNTS與鎂基體結合良好,增強機理主要有復合強化、橋連強化和細晶強化。

4 熔體浸滲法

熔體浸滲法是先把增強相預制成形,然后將合金熔體傾入,在熔體的毛細現象作用下或者一定的壓力下使其浸滲到預制體間隙而達到復合化的目的。按施壓方式可以分為壓力浸滲、無壓浸摻和負壓浸滲三種。

Shimizu等采用無壓滲透的方法制備了碳納米管增強鎂基復合材料,隨后進行了熱擠壓,力學性能測試顯示,抗拉強度達到了388MPa、韌性提高了5%。

5 預制塊鑄造法

周國華等人采用碳納米管預制塊鑄造法制備了CNTS / AZ91鎂基復合材料。將AL粉、Zn粉、CNTs按比例混合分散后,用50目不銹鋼網篩過濾后在模具中壓制成預制塊。然后利用鐘罩將預制塊壓入鎂熔體并緩慢攪拌至預制塊完全溶解,采用真空吸鑄法制得復合材料試樣。研究結果表明,預制塊鑄造法能夠使CNTs均勻分散到鎂合金熔體中,復合材料的晶粒組織得到細化,力學性能明顯提高。

6 結語

近年來,CNTs在增強鎂基復合材料的研究越來越多,目前存在的主要問題是CNTs的分散和與基體界面的結合等問題。由于但碳納米管具有高的比表面能,使其在與其他材料的復合過程中易形成團聚,導致復合材料性能不甚理想,最終起不到納米增強相的效果,同時碳納米管屬輕質納米纖維,與各類金屬的比重相差太大,不易復合。目前有關碳納米管增強鎂基合金復合材料的研究還處于初期階段,隨著技術的不斷發展,新工藝和新方法不斷出現,CNTs的分散及與基體的界面結合等問題將逐漸被解決,開發出性能優異的CNTs / Mg基復合材料將有著重要的意義。

參考文獻:

[1]張玉龍.先進復合材料制造技術手冊[M].北京:機械工業出版社,2003

[2]周國華,曾效舒,袁秋紅.鑄造法制備CNTS/AM60鎂基復合材料的研究[J].鑄造,2009,58(1):43-46.

[3]Goh C S, Wei J, et al.Ductility improvement and fatigue studies in Mg-CNT nano-composites[J].Compos Sci.Techn,2008,

68:1432.

[4]李四年,宋守志,余天慶等.鑄造法制備納米碳管增強鎂基復合材料[J].特種鑄造及有色合金,2005,25(5):313-315.

[5]周國華,曾效舒,袁秋紅等.消失模鑄造法制備CNTS/ZM5鎂合金復合材料的研究[J].熱加工工藝,2008,37(9):11-14.

[6]沈金龍,李四年,余天慶等.粉末冶金法制備鎂基復合材料的力學性能和增強機理研究[J].鑄造技術,2005,26(4):309-312.

[7]Carreno-Morelli E, Yang J, et al.Carbon nanotube/magnesium composites[J].Phys Status Solidi A, 2004,201(8):53.

[8]楊益.碳納米管增強鎂基復合材料的制備與性能研究[D].北京:國防科學技術大學碩士論文,2006.

收稿日期:2013年12月12日。

基金項目:鄭州市科技攻關項目(20130839),黃河科技學院大學生創新創業實踐訓練計劃項目(2013XSCX025)。

第6篇

關鍵詞:聚醚醚酮;復合材料;性能

1 引言

電連接器是為電氣終端之間提供連接與分離功能的一種元件,近年來,伴隨著數字、IT技術的發展;航天器電子設備的重量趨小、抗干擾能力趨強;海洋探測設備的耐環境性能趨高等因素以及國防建設中各種新型武器裝備的出現,都對連接器產品性能提出了更高的要求。主要集中在以下幾個方面。

1.1 重量輕、小型化要求

由于航空、宇航等領域對連接器產品的重量和體積要求日漸趨小。

1.2 耐環境性能要求

隨著我國航天、航空技術、航海、石油勘探及軍事電子設備技術的發展,對連接器產品的耐環境要求提出了更加苛刻的要求。

1.3 高可靠性能要求

未來裝備要求具有更高的可靠性、更長的儲存時間和工作壽命,以適應無人值守、全天候工作狀態。與之匹配的連接器可靠性能也得做響應提高。

1.4 多功能、集成化要求

由于整機設備的集成化、小型化,要求連接器產品具有多功能性,具有高混裝特性,具有多系列、多模塊組合等特性,以實現整機上的各種預定用途,為用戶提供各種特殊功能的線路連接。

1.5 抗電磁干擾性能要求

目前在通信、網絡、軍事、航空、航天、醫療、消費電子、電子對抗、相控陣雷達等領域,都提出了電磁兼容要求,迫切需要具有更高抗電磁干擾性能的連接器產品。

由于傳統連接器的一些固有特點造成其不能達到上述一些要求。所以為了適應電子信息業的迅速發展和國防科技現代化的發展需求,實現連接器的高性能、高可靠、耐環境、多功能、小型化、綠色、高效、安全;實現我國高端連接器的獨立自主研制和批量生產能力;就必須要加快新一代復合材料連接器的研究和發展、努力創新,滿足各領域配套需要,發揮高新連接器產品對我國經濟發展、技術進步的重要支撐和推動作用。

2 國內外復合材料連接器發展情況

傳統連接器所用的材料大部分是有色金屬,更進一步的發展是采用了工程塑料,已出現了聚苯硫醚、聚醚醚酮等復合材料連接器。國際上復合材料連接器也主要應用于宇航級,部分特殊場合如石油采探行業亦有應用。其中MIL-C-29600A產品被廣泛采用。該標準有A、B兩個系列,A系列采用MIL-C-38999的安裝板空位排列,B系列采用MIL-C-81511的安裝板空位排列。

完成復合材料連接器的研制,即可實現國內復合材料連接器零突破;打破我國高端連接器及其組件一直依賴國外進口從而受國外制約的現狀;同時,該項目屬世界領先水平,可帶動我國連接器打入國際市場,實現和國際接軌,推動我國連接器行業的升級換代。一些國內廠家為此已經做出了很大努力,某些產品已經被采用到航天設備中。并得到認可。

3 對復合材料連接器的研制與創新

近年來,我公司對于復合材料在連接器領域中應用已有初步探索,并在一些新產品中加以小批量應用。如為用戶提供應用于星地GPS定位裝置的連接器,其結構件采用復合材料替代金屬材料,結構緊湊,耐環境性強、重量輕,用戶經上機試用,認可度頗高,現已批量定貨應用于整機。應用復合材料優越的防水密封性能,為用戶設計的產品已大量應用于石油深井鉆探的鉆桿部位。為用戶提供的一種微動開關產品,應用于某空對地區域封鎖子彈藥引信裝置,該產品主要了復合材料的強抗沖擊力性能,現該產品已批量生產。

3.1 主要研究、開發內容及采用的工藝技術

3.1.1 研究內容:復合材料改性技術;復合材料電連接器產品結構、電性能、機械性能、密封性能、耐環境性能的設計技術;產品特殊接觸對的設計技術;產品高數據傳輸技術等技術以及復合材料的研發技術。

3.1.2 工藝技術:復合材料成型技術;復合材料表面金屬涂覆技術;超精密薄壁塑料件注射成型技術;接觸件高精度加工成型技術;接觸件鍍金技術;復合材料外殼精密加工成型技術;外殼鍵、槽成型技術;屏蔽簧片精密加工技術;彈性零件的熱處理技術(卡爪、屏蔽環、卡簧、彈簧);產品裝配中的密封封裝技術等。

3.1.3 技術指標:重量輕,較傳統連接器重量降低四分之三;工作溫度:-65℃~250℃;振動:10~2000Hz,65g(正弦)、50G(rms)(隨機振動);沖擊:3ms半波正弦達3000m/s2;耐鹽霧:3000小時以上;使用壽命:3000次以上。

3.2 創新點及技術關鍵

3.2.1 復合材料的改性研究及研制。應用塑料聚醚醚酮(PEEK)樹脂為主要原料,進行復合材料改性,替代有色金屬銅、鋁合金,生產連接器外殼、絕緣件。

3.2.2 MIL38999典型產品的研制,實現高新復合材料連接器的關鍵技術突破;具有高混裝特性,可裝入多種接觸件,如高低頻混裝等。可適用于大功率,高壓、高速、高頻傳輸,滿足軍民各種使用領域。

3.2.3 復合材料的成型及涂覆技術。

3.2.4 高速連續跳步模的設計制造技術。

4 新一代復合材料連接器發展趨勢

新一代復合材料連接器,是代表目前國際上最先進的連接器,同時產品覆蓋面廣,可多領域應用。根據各領域對新一代復合材料連接器的不同要求。產品向系列化、多品種、高性能、集成化以及多檔次、規模化的趨勢發展,以滿足各類電子設備的不同需求。

項目產品多領域應用的特點將給我國諸多產業帶來巨大的經濟效益。產業化完成后,可迅速全面推廣應用,在國內形成一新型的產業,意義深遠。由于產品的特殊、高端性能優勢,在重大項目實施期內即可迅速推廣,形成可觀的市場規模。

5 結束語

新一代復合材料連接器是未來連接器的發展方向。我們有必要加快復合連接器的研制,來推動我國高端連接器生產技術水平。

參考文獻

[1]劉洋.適應高科技時代要求的新連接器技術[J].機電元件,2011.

第7篇

關鍵詞:復合材料;碳纖維;環氧樹脂;成型工藝

中圖分類號:TB332 文獻標識碼:A

1復合材料特點分析

1.1碳纖維。碳纖維即CF,其元素組成主要是C,碳纖維中C含量超過90%。其材料具有優良的導電性以及導熱性,并且具有高溫耐受性,另外在耐腐蝕和摩擦性能上也具有突出表現。但是不同于普通的碳素材料,CF材料的各向異性較為顯著,能夠制成各種織物,且強度較大。CF的原材料主要包括粘膠纖維,即通常所說的人造絲,聚丙烯腈纖維以及瀝青等物質。而聚丙烯腈纖維是制備高強度CF的首選材料。

1.2環氧樹脂。環氧樹脂的力學性能較高,并且相對于其他材料加工性較強,加之粘結性好、收縮率低而應用于各種領域。在復合材料的制作中,環氧樹脂主要用于粘結CF材料,對CF之間的荷載進行分配,起到了保護作用。

1.3復合材料。復合材料的性能受到原料的影響,即環氧樹脂以及碳纖維的性能以及二者之間的粘特征會對符合材料特性造成影響。從材料特性上分析,復合材料的整體性能較強,抗腐蝕性高、抗蠕變性能良好,并且密度、線膨脹系數相對較小,能夠有效抗擊分層、沖擊等。在目前已有的材料中,EP/CF復合材料的綜合性能較強,比強度以及比模量指標最好。在進行加工成型時,具有穩定、易成型的特點。

2成型工藝

2.1手糊成型。該成型工藝是依次在模具型腔表面涂布或鋪迭脫模劑、膠衣、粘度適中的EP和CF,手持輥子或刷子使EP浸漬CF,并將材料中的氣泡予以驅除,將基層進行壓實。通過多次的鋪層操作,對制品厚度進行控制,從而滿足成品的設計要求。通過手糊成型工藝,可以滿足室溫成型要求,無需大量投資,成本低廉,并且制品的規格沒有限制。但是該工藝也存在不可避免的缺陷,首先該工藝的勞動強度較高,且技術要求較為專業。另外材料中的一些物質可能對人體造成危害。

2.2樹脂傳遞成型。該工藝主要將CF材料設置在上下模之間,同時利用模具進行夾緊,利用壓力進行EP材料的注射。待材料固化后,將制品取出。在進行注射的過程中需要注意,保證材料充滿模具腔,通過夾具壓力可以令EP材料迅速同CF材料結合,浸漬CF。該工藝優勢在于,可以預先對CF進行預先成型處理,后進行浸漬處理。而通過真空輔助注射的方式可以提高浸漬質量。并且,該種工藝可以再室溫條件下進行也可以在加熱條件下進行,具有較高的靈活性。且模具材料的選擇范圍也較廣,鋼材模具以及復合材料模具均可適用。但是缺陷就在于,只能進行大型制品的制作,這是由于工藝所采用設備限制。

2.3真空袋法成型工藝。該種方式時間里在噴射成型以及手糊成型工藝之上的新型工藝。該方式的優勢就在于,成型后所得復合材料中CF含量相對較高,且鋪層技術僅采用了最普通的濕法鋪層技術;并且在加工過程中EP浸漬CF性能良好。而缺陷就在于,工藝較為復雜,因而勞動強度相對較大,而復雜的工藝也增加了成本,不利于推廣使用。并且生產所需要的技術水平相對較高,這就會對生產效率造成影響。

2.4預浸料成型技術。首先將CF材料用EP進行預浸漬,在加壓、加熱以及溶劑環境下,進行預先處理。這種方式的優勢就在于能夠對EP材料同固化劑之間的配比進行精準的調整,并能夠準確控制CF中EP的含量。另外在制造過程中可以使用高粘度樹脂材料,這種材料的化學性能、熱性能以及力學性能等較強且應用成本較低。缺陷就在于作業速度慢且消耗過高,制品尺寸受限,因而成本相對較高。

另外,低溫固化預浸料、拉擠成型也是應用較多的成型工藝。

3復合材料的應用

3.1飛行器的輕型化。美國從F-14、F-15戰斗機就開始采用EP/CF復合材料,以降低結構質量,提高推力,復合材料占總結構質量的2%~3%。F-18戰斗機中先進復合材料已占總結構質量的10.3%,包括水平尾翼、方向舵、垂直穩定板、減速板等,由F-14和F-15的次承力結構材料逐步向主承力結構材料過渡。

3.2輕型機槍槍架。在輕型自動武器的研制過程中,需要實現的極其重要的戰術技術指標是大幅度減輕武器系統的質量,提高武器的機動性,同時保證輕武器的射彈散布精度,尤其是連發射擊精度,以滿足現代戰爭對輕武器的戰技指標要求。目前,我國在這方面做了大量的工作,已初見成效。

3.3新型連續抽油桿。有桿泵抽油是當前國內外應用最廣泛的機械采油技術,抽油桿是有桿泵系統中的關鍵部件,也是其中最薄弱的環節。CF具有高強度、高模量、質輕和耐腐蝕的特點,且價格穩步下降,是制備新型連續抽油桿的理想材料。以CF增強EP為主要原材料,采用拉擠成型工藝制備的新型連續抽油桿具有連續無接箍、橫截面小和質輕等優點,完全克服了常規鋼制抽油桿的缺點。

3.電葉片。潔凈能源是全世界關心的問題,風力發電則是重要的潔凈能源之一。據估計2020年世界發電總量中,風力發電要占12%。隨著新型能源的開發利用,風力發電技術開始得到迅速發展,而復合材料也在風力發電裝置中得到了廣泛的應用,市場前景廣闊。由于風力發電設備的功率不斷增大,因而發電成本得到了進一步收縮。風力發電設備也開始向著長葉片大功率的方向發展,這就要求復合材料具有更高的性能,以保證轉子的葉片能夠承受住設備運轉的要求。這不僅僅要求葉片的設計需要改變,同時也對材料的應用提出了更高的要求。而新型復合材料性能恰恰能夠滿足這一方面的要求。

3.5作為導電復合材料。該種材料主要由合成樹脂以及一些具有優良導電能力的材料混合煉成,成型工藝主要利用了注射成型以及擠壓成型的方式。在靜電去除以及預防帶電性能上具有巨大的優勢,在導電材料以及半導體材料領域得到了廣泛的推廣。另外EP/CF材料還被用作高精度天線以及接骨板的制作中

結語

EP/CF材料成型工藝在不斷的開發應用中得到了推廣,新技術不斷涌現,在發展的過程中其工藝向著更加便捷的方向發展,并更貼合環保這一時代的主題,成為了當前材料技術領域中的新寵兒。通過更高的生產性價比,EP/CF復合材料的應用以及成型工藝將會向著更高層次發展。

第8篇

【關鍵詞】銅鋁復合材料;生產方法;領域;應用

最近幾年,我國的科學技術飛速發展,各領域對材料性能的需求也逐漸提高,規定的使用條件甚至達到了非常嚴苛的程度,例如在進行工業生產時,不僅要節約成本,盡可能少的消耗稀貴金屬,還要使材料的使用性能不受影響,復合材料就是在這種情況下應運而生的。銅鋁復合材料綜合了鋁和銅的化學與物理性能,彌補了單一材料的不足,而且價格互補有助于節約成本,使生產效益提高。,具有良好的應用前景。

1 銅鋁復合材料的生產方法

目前有許多方法可以生產銅鋁復合材料,例如雙結晶器連鑄法、充芯連鑄法、擠壓拉拔復合法、爆炸復合法、軋制復合法等,現對較為常用的幾種方法進行如下介紹。

1.1 擠壓-拉拔法

該方法通常用于簡單斷面型材和銅鋁符合線、棒、管材的生產。對于復合銅鋁雙金屬而言,擠壓-拉拔法非常適合,原因是工藝較簡單,沒有過高的設備要求,而且鋁和銅材質均較軟,很容易完成擠壓拉拔操作。在具體生產時,一般采用復合坯料擠壓法,首先用兩個空心坯將內外層組裝為復合坯,接著再開始擠壓與拉拔。該方法的缺點是,很可能使界面呈竹節狀、產生外形波浪,嚴重時還會導致破裂與硬層現象;如果金屬在擠壓時沒有均勻流動,很可能導致擠壓管材的內外層壁厚沿長度方向不均勻。其優點為模孔周圍擠壓變形區中高壓、高溫條件有助于擴散界面的原子,實現冶金結合的目的;界面可能因擠壓產生的延伸變形而出現比例較大的新生表面。

1.2 爆炸復合法

該方法主要是依靠來自于炸藥爆炸的能量,兩塊碰撞的金屬板在微秒級時間內產生104MPa的高壓與106~107/s的應變速度,進而達到焊接復合異種金屬的目的。因為界面高溫與加載壓力持續時間很短,不同元金屬間無法發生完整的化學反應,通常焊合區厚度小于幾十微米,所以在焊接大多數金屬對時都能采用該方法。爆炸復合法在使用時存在危險性,缺點為勞動條件差、機械化程度低。其優點較多,例如復合材料有較高的結合強度,能夠符合各種異型件,有較強的靈活性,可避免生產脆性金屬間化合物,可以復合材料性能具有較大差異的金屬組合。因為有金屬的熔化與塑性變形存在于銅鋁爆炸復合板的結合區,鋁和銅的原子在界面附近相互擴散,有冶金過程發生于結合區,且分離強度較高,所以其結合強度也很高。

1.3 軋制復合法

該方法的原理主要是,通過軋制產生壓力,使至少兩層的金屬板一起出現塑性變形,導致金屬層表面破裂,里層活化而潔凈的金屬露出,板與面之間產生冶金結合,通過熱擴散使界面在后續熱處理過程中進一步穩固并強化結合。異步軋制復合、冷軋復合和熱軋復合都屬于軋制復合法。通常先進行表面處理,接著軋制復合,最后實施熱處理、采用該方法時使用的界面應當有一定的粗糙度,且保持清潔,有助于熱擴散,塑性變形和壓力足夠大。表面處理包括建立覆膜法、機械法與化學法,一般通過結合采用機械法與化學法來提高處理效果。進行軋制復合時主要有三個步驟,分別為冷軋復合、加熱與二次軋制,其優點包括效率高、工藝簡單、復合強度大等。研究顯示,當壓下量為60%,軋制溫度為430℃時,獲得的復合材料有較好的強度,科學的熱處理操作能夠使界面性能受到金屬化合物的影響程度減輕。

2 銅鋁復合材料的應用

2.1 銅鋁復合接頭材料的應用

制冷、電氣、石化工等領域都應用了銅鋁復合接頭材料。因為這種材料有廣泛的應用范圍,所以具有許多不同的品種,例如太陽能接受裝置、銅鋁軟帶接頭、熔鑄型銅鋁過渡接頭、陰極銅鋁壓接器、變壓器銅鋁母線過渡裝置接頭等。現階段我國主要采用鍍覆過渡層焊、電子束焊、超聲波焊、擴散焊、摩擦焊、壓焊等焊接方法生產銅鋁復合接頭。

2.2 銅鋁復合板帶的應用

將一層銅包裹于鋁板表面而形成的復合材料就是銅鋁復合板帶。紫銅帶不僅有很大的需求量,而且具有廣泛的應用面,將其用銅鋁復合板帶替代后,可以被應用于信號傳輸、電力傳輸等多個領域,前景廣闊,為此類產業發展奠定了基礎。目前我國主要通過鑄軋法、模鑄復合法、爆炸復合法軋制復合法等工藝生產銅鋁復合板帶,每種方式的特點與優勢均不同,應當以產品的特點為依據選擇相應的方法。通常情況下,軋制復合法能夠達到大規模工業化生產的目標,美國首先研發了控制氣氛軋制復合技術,并且生產了與之相配套的設備,能夠通過帶式法生產銅鋁軋制復合板帶,生產效率比較理想。

銅鋁復合板帶的種類很多,所以應用范圍也比較廣泛。其中鋁基覆銅箔層壓板的優點主要有剛性好、尺寸穩定、板材平整、電磁屏蔽性好、易于機械加工、散熱性好、熱阻小等,在電子元器件、電視機、摩托車、汽車等的印制電路板應用比較廣泛。將銅鋁復合板用作銅鋁母線排的過渡接頭與供電部位的導電板,不會導致表面拉弧或過熱,不僅價格低廉,而且可以延長導電板壽命,降低電能損耗,具有穩定的導電性能。而太陽能熱水器銅鋁復合板的優點主要包括耐腐蝕、使用壽命長、耐壓性能強、集熱效率高、熱性能好等,對于新型太陽能熱水器而言,它可以作為首選的集熱元件、有關資料顯示,太陽能熱水器中性能較好者通常使用了管板式平板集熱器,將其換為銅鋁復合板,可以顯著減少單位面積集熱板上消耗的有色金屬,并且提高熱效率,大幅度增加經濟效益。

2.3 銅包鋁復合線材的應用

銅包鋁復合線材的芯部是鋁,外層是紫銅或者純銅,其銅/鋁厚度比通常是15%。移動通信信號與有線電視信號有較高的頻率,范圍通常為50~800MHz,高頻電流因為“集膚效應”而在導體表面層集中傳輸,由于鋁的導電性能較好,所以將紫銅或純銅電纜換為銅包鋁復合線材后有助于提升其傳輸效率。此外,可靠性高、穩定性高、價格低、密度小等都是銅包鋁線電纜的優點。我國具有最多的CATV用戶,如今有線電視網絡在信息產業不斷進步的背景下逐漸更新和發展,網絡逐漸綜合了計算機、電話和有線電視,所以在制作同軸電纜時以優質銅包鋁線為材料,有很大的發展潛力。

現階段我國主要通過靜液擠壓法、包覆焊接法、軋制法等工藝方法生產銅包鋁復合線,從本質上而言,這些方法均為固相結合法,使結合面發生塑性變形,從而與原子間距離相接近,產生許多結合點,接著經過擴散熱處理,牢固結合各界面。對坯料的清潔度有較高要求是其存在的不足之處,與此同時,進行加工時很可能發生芯材或包覆層斷裂、界面局部開裂等情況,從而降低導電率和成品率。為了節約生產成本,并且使生產效率提高,最近幾年開始用雙結晶器法、CFC法等連續鑄造技術對銅包鋁復合線進行加工,效果良好。

3 結束語

綜上所述,銅鋁復合材料具有多種優良性能,銅鋁復合接頭材料、銅鋁復合板帶、銅包鋁復合線材均在不同領域得到了廣泛應用,尤其是銅鋁復合板帶,應用領域包括電力電氣、通訊屏蔽、導熱散熱等行業,有了比較成熟的生產工藝,發展前景較好。為了充分發揮銅鋁復合材料的性能,必須深入研究其生產與制備過程,在節約金屬的同時充分減少成本,提高企業的經濟效益與我國的社會效益。

參考文獻:

[1]張紅安,陳剛.銅/鋁復合材料的固-液復合法制備及其界面結合機理[J].中國有色金屬學報,2013(03).

第9篇

關鍵詞:模具設計;框架式成型;復合材料

復合材料具有較好的優越性,一直被應用于航空領域中,由機零件需要較高的精確度,同時它們的尺寸較大,一般會使用復合材料對其進行固化成型。在復合材料的成型過程中,復合材料構件會直接與模具的型面相接觸,一旦模具發生變形,構件的尺寸和形狀等就會受到影響。模具的尺寸若是較大,那么在其固化的過程中復合材料的固化質量和表面溫度會受到模具型面不均勻的溫度場的影響。當前在一些大尺寸的模具成型過程中一般會選擇使用框架式結構,這種結構有著均勻的厚度,同時通風效果較好,能快速升降溫,這些模具中的各個點可以均勻受熱,模具中的各個部位就不會因為升降溫而發生變形。在當前設計框架式模具的過程中,在設計多個支撐框架時,不僅需要經過重復且繁瑣的操作,同時操作也較為費時費力,設計模型需要豐富的經驗,但是模具使用起來較為費勁,同時也不利于校核模型的溫度情況和變形情況,在設計模具的過程中就缺乏精準度同時也缺乏效率。為了及時改善該情況,就需要將模具設計和更改的效率提高,同時在設計的過程中需要進行周全的考慮,將復合材料在制件過程中的固化變形問題解決掉。在設計該種框架式的模具時,應建立起一種能進行快速更改和建模的方式,并通過有限元分析模型,對模型根據分析的結果進行優化和調整,這樣可以更好地對模具的尺寸和回彈情況進行設計補償,以便得出最精確的模具結構設計結果。

1建模的快速化方法

如果是框架式的模具成型,它的結構主要包括底板、型面板和吊環等部分。在設計模具的過程中,需要對支撐隔板的數量、厚度、通風口的定位尺寸等參數進行調整。當前,在設計模型模具的過程中一般會使用CATIA軟件的方式來進行,在建模時需要首先進行產品型面的提取、接合等操作,這樣就形成了模具的型面板;然后再進行隔板和隔板上的通風孔的制作,它需要通過平面化的編制和繪制草圖及凸臺等操作才能形成,隔板和隔板上的通風孔是和型面板相連接的。隔板具有較多的數量,需要重復性地進行隔板的繪制工作,所需工作量很大,會花費設計者很多的時間和精力。但是,通過“產品智能模板”—“創建超級副本”操作就可以將在建模過程中將的繪制草圖、凸臺等命令集中到一個命令中進行集體的封裝。該命令集合在執行時只需要通過操作“從選擇實例化”就可以了。這樣可以將很多重復性的操作避免掉,在隔板的繪制和通風孔等操作中就可以節省掉很多時間。使用其中的“知識工程”—“公式”命令就可以對參數進行調整同時還可以對其進行賦值了。在后期只需要對參數的賦值進行變更即可實現參數值的變化,同時變量間的關系也可以通過公式的定義來實現,使得變量能夠基于另一個變量的變化而變化,這樣可以使得參數的變量化得以實現。采用這樣的建模方式,可以實現對縱向隔板數量和型面板厚度等參數進行變量化的快速設計。此時,如果合理的更改參數的數值,將視圖刷新后,稍微改動一些模型就能達到設計的更改要求了。采用這種方式可以將對框架式模具的建模時間縮短,同時可以更加快捷地進行模型的更改和設計,不僅能提高了更改和設計模具的效率,同時也為有限元模型的分析和設計優化奠定了基礎。

2有限元模型分析

在進行復合材料的框架式模具設計時,一般需要根據經驗來校核模具結構的強度,在制定通風口尺寸和隔板的間距時,會進行保守設計,比如將隔板間距縮小或是將隔板厚度增大等,采用這樣的方法雖然可以對模具的性能進行改善,但是因為在制造模具的過程中其周期較長同時模具的成本較高,會對設備的使用情況造成影響。需要首先采用有限元分析法對模具的變形情況和應力情況進行校核,這樣可以很好地確定設計模具的可行性,同時還可對模具設計的參數等在變形和應力的情況下進行調整,使得模具能在性能得到滿足的情況下將重量減輕,使得運輸和成本等得到降低,此外,還可以有效將制造周期縮短。特別是對一些梁類復材零件和蒙皮等來說,它們的尺寸相對較大,所以在模具中其主體部分的框架式支撐結構,需要花費大量的成本和材料等,這部分費用也會被計算在內,需要采用有限元分析的方法將支撐板的結構及尺寸等情況進行合理選擇,這樣可以在模具經濟成本降低的基礎上確保好復材制件的成型質量。另外,復材零件的固化質量和表面溫度也會受到模具型面溫度的影響,導致零件出現固結,模具自身也會因為存在的溫度梯度而出現變形,這就需要掌握好模擬模具固化中的溫度變化情況,可以更好地調整模具設計的可行性,并通過調整參數來將溫度場調整均勻。表1中1號和2號模型,分別采用CITIA對它們進行各種工況情況下的分析,使用的模具材料是Q235,不同的邊界條件在不同工況時如下表2所示,兩個模型的最大應力值和最大變形值,如表3所示。比較1號模型和2號模型發現,2號模型的型面板要比1號模型的型面板厚度大2mm,支撐板的厚度要大2mm,同時重量大了179kg。從上表3中可以看出,1號模型的應力和變形情況在工況相同的時候都要大于2號模型,在4種工況下1號模型和2號模型的最大應力都要小于Q235的屈服應力,其形變是彈性形變,對于1號模型和2號模型來說,它們都能符合設計的要求,但是如果選擇的是1號模型,它能更好地將模具的重量減輕,材料成本也能由此得到節省。在分析模具的變形和溫度分布情況時,采用CATIA將一個普通鋼框架式模具模型和熱壓罐模型建立起來,同時將熱壓罐內的區域劃分為不同的網格。將瞬態求解設置在Fluent中,同時將能量方程開啟出來,這樣可以便于湍流模型的設置,假定熱壓罐的外壁是絕熱壁,同時將內壁設置成耦合壁面,根據其溫度邊界條件將時間函數定義好。然后將模具型面上一些關鍵時刻點的溫度云圖提取出來,這個時候可以看出,如果溫度升高,那么迎風面的溫度也就升高,工裝中部就會有著較低的溫度,這樣就會逐漸增大溫差;如果溫度不再升高,其上的溫度差是14.6℃;如果在保溫時將其降低至0℃;如果是處于溫度降低階段對于迎風面來說它的溫度不高,這樣在整個工裝中部就有著較高的溫度。模具型面在整個固化過程中其上的溫度都處于均勻分布的狀態。對于復材來說,它的制件一般會在保溫的后期發生固化反應,所以工裝型面經過了足夠的保溫時間,其溫度場分布均勻。在對模具的熱變形進行分析和計算的過程中,求解時可以按照均勻溫度場來進行。如果工裝模型的熱變形采用的是ABAQS法進行計算,所用的材料是Q235,其初始溫度設定是20℃,其最終溫度是180℃,將位移約束添加在模具的四個腳輪處,將模具的變形量在該溫度場下求解出來。對于模具的熱變形云圖,會在模具的四個邊角處會出現最大變形,其中最大的變形量達到了3.3mm。對于一些尺寸較大的鋼材料模具來說,如果要進行高溫固化,它的變形量是很大的。

3結語

為了提高模具設計的效率和精準度,需要先將制件過程中的固化問題解決,在設計這種框架式的模具時,先將其快速更改模式和建模方式建立起來。在本文中,通過有限元模型分析法進行數值的模擬檢驗,根據模型分析出的結果進行了調整和優化,便于以后對模具的回彈和尺寸等進行設計補償,確定最終能得到最精確的模具設計結果。

作者:袁玉蘋 單位:中山市技師學院

參考文獻:

第10篇

1、復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類。金屬基體常用的有鋁、鎂、銅、鈦及其合金。非金屬基體主要有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。增強材料主要有玻璃纖維、碳纖維、硼纖維、芳綸纖維、碳化硅纖維、石棉纖維、晶須、金屬。

2、復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優化組合而成的新材料。

(來源:文章屋網 )

第11篇

1.1雙極板的制備與測試

固定ABS粉(臺灣省產,HR181標準料)的質量為100份,按正交實驗表1,與碳纖維(上海產,>95%,6~8μm)、CNT(成都產,90%)、乙炔黑(山東產,灰分<0.2%)、炭黑(美國產,XC72型)混合,攪拌混勻后,置于自制雙極板模具中,在220℃下以10MPa的壓力保壓10min。泄壓后,快速水冷、脫模,得到尺寸為50mm×50mm×0.8mm的雙極板基材。在雙極板基材的兩側各貼上1層0.05mm的鉛箔(山東產),采用同樣的條件進行熱壓、脫模,即得到不同配方的雙極板。用Agilent-4338B型電阻儀(美國產)測量雙極板的面電阻。將壓制好的雙極板,兩面夾上電阻配套夾具,在20kPa的壓力下,由電阻儀直接讀取雙極板的面電阻(R),測量3次,當3次測試的數據變化不大時,取最小值。

1.2雙極電池的制備與測試

參照6-DZM-20電池的尺寸設計雙極電池。受面積的限制,雙極電池的單格容量不宜設計得很高,否則會導致雙極板的涂膏過厚。24V、10Ah雙極電池等效于12V、20Ah傳統單極電池,雙極板的總體尺寸為181mm×172mm×0.8mm,涂膏區域的尺寸為165mm×128mm,電池的整體尺寸為181mm×172mm×77mm,總共采用13片雙極板,極板的總物理面電阻為1.69mΩ,平均面阻為0.13mΩ。采用本公司的生產工藝涂膏,正、負極涂覆量分別為138±2g、115±2g,共涂制11片雙極板(在雙極板涂膏區的兩側,分別涂上正、負極漿料,得到雙極板)、1片正極單極板(僅在極板的一側涂上正極漿料)、1片負極單極板(僅在極板的一側涂上負極漿料),組裝雙極電池,用BTS1020C4型20V、10A充放電機(寧波產)進行化成、測試。化成采用3充2放的方式:①以0.10C恒流并限壓28.8V充電12h;②以0.50C放電1.5h;③以0.15C恒流并限壓28.8V充電10h;④以0.50C放電至21.6V;⑤以0.12C恒流并限壓28.8V充電10h,化成完畢。化成后的雙極電池與充滿電的本公司產6-DZM-20電池進行對比。6-DZM-20電池以0.5Ca(10A)放電至10.8V,以0.5Ca充電至14.4V,轉恒壓充電至充電容量為24Ah,即充滿。兩種電池均以0.5Ca放電(雙極電池為5A,6-DZM-20電池為10A),截止單體電壓為1.8V,即雙極電池放電至21.6V,6-DZM-20電池放電至10.8V。

2結果與討論

2.1雙極板結果與討論

2.1.1正交實驗結果及因素分析

隨著碳材料的添加量增加,雙極板成型外觀逐漸受到影響。0號配方雖然電阻略高,但易分散、工藝簡單且成本最低,同時,ABS添加量最高(含量為86.2%),極片的韌性理應更好。雙極板電阻與各導電材料的添加量,在一定范圍內呈反比。在2~6(相對于100份ABS,下同)范圍內添加CNT的效果,基本與在4~8范圍內添加乙炔黑一致,但CNT的價格高于乙炔黑;當碳纖維、CNT和乙炔黑的添加量分別達到6、4及6時,再提高添加量,達不到降低電阻的效果。這是因為某一組分添加量的增加,必然降低其他材料的添加量,反而降低了整體效果;碳纖維添加量為0.5的0號配方壓制的雙極板,電阻與4~8碳纖維添加量的各配方處于同一水平,說明微量添加碳纖維即可。

2.1.2配方優選

根據以上分析,將碳纖維的量設定為1,以適當提高雙極板的結構強度,將CNT的量控制在0.5,以控制成本,將乙炔黑和炭黑的量分別控制在6和8左右,以降低電阻,選取3個優選比例,同樣制成50mm×50mm×0.8mm雙極板進行測試,重復3次取平均值。優選2號和3號配方在電阻和成型方面基本上沒有區別,且均優于正交實驗中的0~9號配方,因此,復合材料雙極板的優化配方為:m(ABS)∶m(碳纖維)∶m(CNT)∶m(乙炔黑)∶m(炭黑)=100∶1∶0.5∶6∶8。

2.2雙極電池的測試結果

采用優選2號配方進行雙極電池實驗,雙極電池和6-DZM-20電池的主要測試數據見表4。雙極電池在質量和內阻方面存在較大的優勢,可提高電池的比能量、放電平臺。

3結論

第12篇

關鍵詞:木塑復合材料;園林景觀;環保

木塑復合材料簡稱WPC,是一種新型材料,并且逐漸成為材料界的佼佼者,被許多國家認可和使用,有逐步擴大的趨勢。這種材料之所以被世界許多國家認可是因為其環保,這種材料的特殊之處是利用廢舊材料和廢棄物制作而成,可以將塑料、谷物秸稈等充分利用。除此之外木塑復合材料中還含有極少量的界面相容劑、環境穩定劑和加工劑,還可添加少量色粉以改變成品的外觀色彩。木塑復合材料大多使用廢棄塑料和谷物秸稈等制造而成,所以就具備了木材的特性,同時也具備塑料的特性,使用途徑非常廣泛。但它最大的好處是環保,因為它的組成百分之九十五都是廢棄物,除此之外,木塑復合材料還可以回收再利用。其優良的特性以及兼具的藝術表達性使其在園林建設領域應用越來越廣泛。

一、木塑復合材料的組成和性能

1、 木塑復合材料的組成

木塑復合材料有塑料的特性,也有木材的特性,就應該有熱塑性材料和植物纖維組成,除此之外,還應該有偶聯劑和添加劑,這樣才能形成木塑復合材料。

(1)熱塑性塑料。由于木塑復合材料的特殊性,顧及到木材特性的限制,所以在制造木塑復合材料的時候,就應該在200℃以下制作。不同的塑料原料制造出來的木塑復合材料特性也是不同的,生活中常見的用于制造木塑復合材料的塑料有乙烯、聚氯乙烯等。不同的塑料性能不同,與木纖維復合后得到的木塑復合材料的性能及適用范圍又各有不同。作為原材料的塑料的選擇主要從塑料自身的性能、WPC成品要求、供給情況、加工技術以及成本價格表等方面考慮。以PE作為原料的木塑復合材料多用于室外建筑部件,以PP作為原料的木塑復合材料主要用于汽車行業和日常用品, 以PVC作為原料的木塑復合材料則被開發用于鋪板材料。

(2)植物纖維。木塑復合材料中的木材部分最常用材料是木材以及木材加工的剩余物,這些材料可直接加工成短纖維或細顆粒、粉末,鋸屑直接使用,比較方便。另外也可使用農作物植物纖維作為原料,來源非常廣泛。我國作為一個農業大國,每年國內農業纖維的年產量在 4 億噸以上,過去有一些農業纖維被焚燒處理,造成資源浪費和環境污染,將農業纖維作為木塑復合材料的原材料,不僅物盡其用也保護了環境。

(3)偶聯劑。木塑復合材料的特性是兼具木材和塑料的特性,往往用于承力的作用,但是僅僅使用木材和塑料做原材料,達不到質量輕,強度高還能耐高溫的特性,所以要加入能夠改變其性能的物質,這種物質就是偶聯劑。

偶聯劑是指能改善填料與高分子材料之間界面特性的一類物質。偶聯劑能改善填料與高分子材料之間界面特性,提高界面的粘合性,從而提高復合材料的性能。在木塑復合材料中,木材與塑料的界面相容性差,必須對材料進行改性才能得到性能良好的復合材料,添加偶聯劑是最簡便易行的方法。

(4)添加劑。在木塑復合材料里面假如添加劑,主要是豐富和擴大木塑復合材料的適用范圍,譬如說添加顏料可以使木塑復合材料的顏色豐富,添加防腐劑可以使木塑復合材料不容易被腐蝕,提高使用期限。同樣的,還可以在木塑復合材料的原料里加入抗氧化劑、劑等添加劑。

2、 木塑復合材料的性能

(1)吸水性小,耐腐蝕,阻燃性強,防霉,防蟲蛀,經久耐用。

(2)硬度高,同時又具有較強的彎曲性,靈活性強。

(3)木塑復合材料由于具有木材的性能,所以和木材的使用方法一樣,但是比木材使用效果好,是因為它不會像木材一樣產生裂縫、翹曲等現象。

(4)木塑生產采用的是擠出工藝,可以節省生產時間,降低生產成本,產品性價比高。

(5)擁有天然木材的木紋與質感,觀感佳,藝術塑造性強。

(6)木塑復合材料可回收循環利用,生產過程無二次污染,節約環保。同時木塑制品不會產生甲醛、苯、氨、三氯乙烯等有害物質,綠色環保。

二、木塑復合材料在園林景觀中的應用現狀

木塑復合材料的建筑一般較小,適用于園林建設。在園林建設中,應盡可能減少對自然環境的破壞,保持其特有的自然資源,園林建筑要簡便、協調,能與景觀環境相融合,而木塑復合材料形狀多樣,方便設計成各種形式的景觀,其獨有的木質觀感也能很好的與自然協調,安裝方便,能滿足園林建設的需要。木塑復合材料適用范圍很廣,用于戶外使用時,大多作為座椅、垃圾桶等的原材料,效果很好。

三、木塑復合材料在園林景觀中的應用形式

木塑復合材料在園林中的應用是最廣泛的,因為其比木材穩定性高,使用時間長,同時也具備木材的外形效果,所以使用范圍越來越廣泛,可以代替一些木材做一些景觀布置,既能達到效果又能節省木材,目前的主要應用大多是制造木屋、木亭等庭院結構以及指示牌、欄桿、座椅等。

1、鋪板

經防腐防蛀處理的木質板材一直是目前園林建設中鋪板材料的首選,木質板材比其他的材料施工便捷,加工性強而且更具親和力,能夠滿足人們親近自然的心理需求。因此實木材料的應用范圍十分廣泛。然而木材常年暴露在戶外,受自然環境中天氣的晴雨變化、空氣濕度的高低以及一些有害生物和昆蟲的毀壞,很容易發生變形開裂、霉變腐爛、蟲蛀、掉漆、褪色等不良后果,后期維護的成本高。 相比之下,木塑鋪板在室外條件下使用的開裂和劈裂狀況較少,維護量較小。鑒于木塑鋪板出色的耐潮濕性、尺寸穩定,并且具有和木材一樣的視覺效果,所以使用越來越廣泛,因為它既環保,又有木材的效果,所以有可能取代實木材料在園林建設中的地位。與實木相比,木塑鋪板具有較高的實用性和耐用性。

3、 護欄

日常生活中常見的護欄材質主要是金屬制品、石材、防腐木、玻璃與其他材料的結合等,護欄的形式主要是欄桿、護欄、樓梯扶手、木柵欄等。在城市景觀設計中,護欄除了基本的安全職能外,逐步開始邁進裝飾職能。因木塑復合材料加工工藝豐富,形式多樣,所以可以滿足對大幅面以及復雜形狀材料的要求。

3、小品與輔助設施

木塑復合材料制成的亭、室外桌椅、花架、連廊、花缽、樹池座椅等景觀小品因其近似木材的紋理和顏色給人以舒適的感覺,與環境十分的和諧與自然。它安裝簡便,后期維護較少,在園林景觀中值得推廣。園林景觀中的輔助設施包括垃圾箱、指示牌、警示牌、樹木名稱牌等。規格大小可根據需要定制,通過各類木塑復合板材組合而成。

四、結束語

木塑復合材料屬于二十一世紀綠色環保材料,在國外發達國家,木塑復合材料在各個領域已獲得廣泛應用,國內的開發應用則主要集中在地板"包裝托盤和建筑裝飾材料方面,并以代塑材料制品為主。在園林中,木塑材料的應用形式以及產品類型也逐漸從單一化到多樣化。木塑材料在園林中的應用減少了對實木的需求,在形狀加工工藝上的優勢又為園林設計者提供了較大的創作空間。從木塑復合材料的環保、使用壽命和循環利用三方面看,木塑復合材料替代實木材料方面具有廣闊的應用前景。

參考文獻:

[1]王清文,王偉宏.木塑復合材料與制品[M].北京:化學工業出版社,2007.

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